钙钛矿电池成本低,效率高,是当前最具应用潜力的新型光伏技术。而全无机钙钛矿(CsPbI3)凭借其固有的稳定性优势,具有巨大的应用价值。然而,其高温结晶过程严重制约了其在柔性器件中的应用。近日,Im体育官方版app下载物理与电子科学学院方俊锋、李晓冬团队聚集反向钙钛矿电池,在前期表界面能带调控的基础上(Adv. Mater. 2024, 2410273;Adv. Mater. 2024, 2311025),针对CsPbI3结晶温度高的问题,提出Cs—I键弱化策略,有效实现CsPbI3的低温结晶,率先制备出柔性的CsPbI3钙钛矿电池。相关成果以“Low-Temperature Processed CsPbI3 for Flexible Perovskite Solar Cells Through Cs─I bond Weakening”为题发表于Advanced Energy Materials。
Advanced Energy Materials刊发Im体育官网app李晓冬、方俊锋团队研究成果
ABX3钙钛矿的结晶过程大致可以分为两步:1)起始的PbI2与I-配位,形成[PbI6]4-八面体;2)A位离子插入[PbI6]4-八面体间隙,形成钙钛矿。对于CsPbI3,由于Cs-I键长短,Cs-I间结合力强,难以有效解离出足够的I-离子来与PbI2配位形成[PbI6]4-八面体。因此,往往需要高温来促使Cs-I的解离(~340或180°C),远远超过了当前柔性衬底(PET/PEN)的耐受温度。目前几乎所有的CsPbI3电池都基于硬质的玻璃基底,如何实现柔性的CsPbI3电池仍是领域内一大挑战。
Cs-I弱化策略实现CsPbI3低温结晶示意图
针对此,李晓冬和方俊锋团队提出Cs-I弱化策略,利用咪唑磺酸盐SMCl与Cs-I间的配位作用,弱化Cs-I键并加速Cs-I的解离,从而显著降低CsPbI3的结晶温度。在90°C下就可以实现CsPbI3由黄相到黑相的转变,从而制备出效率达到13.86%的柔性CsPbI3电池。这也是当前柔性CsPbI3器件的最高效率。此外,相关柔性电池表现出优异的耐弯折性能,经过36000次弯折实验后,电池效率几乎没有损失。
柔性CsPbI3钙钛矿电池及其弯折实验
相关研究得到国家重点研发计划、国家基金委(杰青、面上)以及上海市科委“双碳”项目的资助。
附:
论文链接:https://doi.org/10.1002/aenm.202404293
来源|物理与电子科学学院、科技处 编辑|蒋萱 编审|郭文君