【概述】

有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化組成的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，從2009 年至今，作為一種新興的光電半導(dǎo)體材料，具有良好的光電轉(zhuǎn)化特性和低廉的成本，這引起了研究人員的廣泛關(guān)注。不同于傳統(tǒng)的硅材料，有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦通常被認(rèn)為是一種較軟的離子晶體，其光電轉(zhuǎn)化效率從3.8%提升到了24%。隨著人們深入研究，發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦多晶薄膜中容易形成多種多樣的點(diǎn)缺陷（如空位、間隙離子、反位取代等），它們往往作為非輻射復(fù)合center，影響鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的量子效率，降低太陽(yáng)能器件的光伏性能[1]。

近年來(lái)，人們一直在努力探索這些形成這些缺陷的原因。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，缺陷的形成與溶液狀態(tài)和加工條件息息相關(guān)，通過(guò)添加合適的添加劑，改變?nèi)芤籂顟B(tài)，控制薄膜加工條件，可以降低鈣鈦礦多晶薄膜中缺陷密度，從而提高相應(yīng)的器件的光電轉(zhuǎn)化效率[2]。

【實(shí)驗(yàn)/設(shè)備條件】選用Newport Sol-UV 日光模擬器太陽(yáng)光模擬器、PVIV-10A I-V 測(cè)試站、IQE-200B 量子效率測(cè)試系統(tǒng)等，來(lái)測(cè)試制備的鈣鈦礦電池的光電流-電壓和光電轉(zhuǎn)化效率等。

【實(shí)驗(yàn)結(jié)果/結(jié)論】

SOL-UV 模擬器提供符合標(biāo)準(zhǔn)的紫外光，在整個(gè)采樣區(qū)域內(nèi)光譜照度的非均勻性<5％。使用獨(dú)特的集成衰減器件，可用日光輸出常數(shù)量在10 - 100% 之間變化。

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部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

面對(duì)鈣鈦礦多晶薄膜中容易形成多種多樣的點(diǎn)缺陷，周歡萍課題組[3]等人通過(guò)引入堿性物種，大幅度提升了相應(yīng)的鈣鈦礦光伏器件的開(kāi)路電壓和光電轉(zhuǎn)化效率。

圖1 (a) PVSK 和PVSK-FA 器件的電流-電壓曲線。(b) 左圖：PVSK 和PVSK-FA 薄膜的吸收和PL 光譜；

右圖：PVSK 和PVSK-FA 器件開(kāi)路電壓統(tǒng)計(jì)直方圖。(c) PVSK-FA 器件的正反掃。

(d) PVSK-FA 器件的穩(wěn)態(tài)電流密度和效率。PVSK 和PVSK-FA 器件的(e) 瞬態(tài)光電壓衰減曲線和(f) 變光強(qiáng)開(kāi)路電壓曲線。

結(jié)果：

通過(guò)添加合適的堿液，可大幅降低其薄膜中深層缺陷的密度。經(jīng)美國(guó)Newport 認(rèn)證的20.87%效率的混鹵鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，同時(shí)，開(kāi)路電壓損失也降低至413 mV，為平面鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中認(rèn)證值電壓損失Z小的器件之一。

[1]Yang, W. S. et al. Iodide management in formamidinium-lead-halide-based perovskite layers for efficient solar cells. Science 356, 1376–1379 (2017).

[2]Meggiolaro, D. et al. Iodine chemistry determines the defect tolerance of lead halide perovskites. Energy Environ. Sci. 11, 702–713 (2018).

[3]Huanping Zhou. et al. Impacts of alkaline on the defects property and crystallization kinetics in perovskite solar cells. Nat Commun 10, 1112 (2019).