雙鈣鈦礦Cs2AgBiBr6太陽能電池的雙離子遷移效應及其對電池穩定性的影響
發布時間：2020-08-28 作者：Annie 分享到：
近年來，鹵化鉛鈣鈦礦在太陽能電池領域取得了一系列突破性的進展，使得基于這類材料的太陽能電池達到了25.2%的高認證效率。然而，鹵化鉛鈣鈦礦材料本身含鉛，所以涌現出很多研究工作致力于開發低毒性/無毒性的無鉛鈣鈦礦材料。無鉛雙鈣鈦礦Cs2AgBiBr6在解決鹵化鉛鈣鈦礦面臨的毒性和穩定性挑戰方面引起了越來越多的研究興趣。相對于含鉛鹵化物鈣鈦礦材料來說，這一材料毒性低且根據已有文獻報道其穩定性也很好，因此在太陽能電池，X-射線/光電探測器，化學傳感器和光催化等方向都有相關報道。在太陽能電池應用方面，盡管大多數對Cs2AgBiBr6雙鈣鈦礦的研究都集中在光伏性能和薄膜沉積條件的優化上，但其長期穩定性和降解機理尚未得到充分研究。類似于鹵化鉛鈣鈦礦材料，這種雙鈣鈦礦材料也可能具備離子遷移的性質，但這方面的研究也尚未報道。
昆士蘭大學化工學院王連洲教授課題組報道了無鉛雙鈣鈦礦（Cs2AgBiBr6）薄膜太陽能電池表現出很有意思的雙離子擴散現象，并通過實驗和理論模擬揭示了該現象的可能機理以及對材料和器件穩定性的影響。相關結果發表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.202002342）。鉛基鹵化物鈣鈦礦材料具備離子遷移的特性，且這一性質對這類材料在光電子/電子器件的應用有很大影響。一般情況下，鹵素離子在鉛基鹵化物鈣鈦礦材料中更容易遷移，而金屬離子相對更穩定。然而，在無鉛雙鈣鈦礦材料中，研究人員發現了鹵素和金屬離子的雙離子遷移現象。**，研究人員針對無鉛雙鈣鈦礦太陽能電池開發了**的Cs2AgBiBr6薄膜，基于這一材料的無鉛鈣鈦礦電池效率達到了1.91％。通過研究這些無鉛雙鈣鈦礦太陽能電池的環境穩定性，研究人員發現Cs2AgBiBr6表現出很有意思的雙離子遷移現象，其中Ag和Br離子在長期運行中通過空穴傳輸層逐漸擴散。這種現象導致Cs2AgBiBr6鈣鈦礦的降解和相應的器件在穩定性測試中失效。在Cs，Ag，Bi和Br四種元素中，理論計算表明Ag和Br空位的形成能低，而且擴散能壘也更低低，導致這兩種離子出現“雙離子遷移效應”。研究人員提出了一種缺陷空位誘導的離子遷移機理來解釋這種現象。這些發現對于鹵化物雙鈣鈦礦不僅是提供進一步解決雙鈣鈦礦穩定性挑戰的具有借鑒意義，而且對于擴展可能需要兼具電子，離子和光子混合特性的光電/電子器件應用至關重要。
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