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金属离子掺杂提升全无机CsPbX3钙钛矿太阳能电池稳定性研究进展

张地伟 吴永真 朱为宏

张地伟, 吴永真, 朱为宏. 金属离子掺杂提升全无机CsPbX3钙钛矿太阳能电池稳定性研究进展[J]. 应用技术学报, 2020, 20(2): 111-117. doi: 10.3969/j.issn.2096-3424.2020.02.001
引用本文: 张地伟, 吴永真, 朱为宏. 金属离子掺杂提升全无机CsPbX3钙钛矿太阳能电池稳定性研究进展[J]. 应用技术学报, 2020, 20(2): 111-117. doi: 10.3969/j.issn.2096-3424.2020.02.001
ZHANG Diwei, WU Yongzhen, ZHU Weihong. Stability Enhancement for All Inorganic CsPbX3 Perovskite Solar Cells via Metal Ions Doping[J]. J. Technol, 2020, 20(2): 111-117. doi: 10.3969/j.issn.2096-3424.2020.02.001
Citation: ZHANG Diwei, WU Yongzhen, ZHU Weihong. Stability Enhancement for All Inorganic CsPbX3 Perovskite Solar Cells via Metal Ions Doping[J]. J. Technol, 2020, 20(2): 111-117. doi: 10.3969/j.issn.2096-3424.2020.02.001

金属离子掺杂提升全无机CsPbX3钙钛矿太阳能电池稳定性研究进展

doi: 10.3969/j.issn.2096-3424.2020.02.001
基金项目: 

国家自然科学基金 21706070

国家自然科学基金 21822504

详细信息
    作者简介:

    张地伟(1989-),男,博士。E-mail:diweizhang@ecust.edu.cn

    吴永真,华东理工大学教授、博士生导师。1986年7月生,2013年于华东理工大学获得博士学位,2013-2016年在日本国立物质材料研究所从事博士后研究,2016年受聘上海市“东方学者”特聘教授,2017年入选中国化学会“青年人才托举工程”,2018年获国家基金委优秀青年科学基金项目资助。主要从事新型太阳能电池材料与器件研究,包括敏化染料、铅卤钙钛矿、载流子传输材料设计合成及光电功能薄膜与器件制备等,迄今已在ScienceNature EnergyAngew Chem Int EdEnergy Environ SciAdv Mater等期刊上发表SCI收录论文60余篇,被SCI他引6 000余次。2017年获上海市“自然科学一等奖”,2019年获得国家“自然科学二等奖”,2019年入选科瑞唯安年度“高被引科学家”

    朱为宏,华东理工大学教授、博士生导师,教育部长江学者特聘教授(2015年),国家杰出青年基金获得者(2013年),现任华东理工大学科学技术发展研究院常务副院长。
    担任“影像科学与光化学”第八届常务副主编、中国感光学会第八届理事会常务理事、Dyes and Pigments国际编委、《应用技术学报》编委等学术兼职职务。1992年7月毕业于南京师范大学化学系,1995年7月在南开大学化学系获有机化学硕士学位,1999年7月在华东理工大学获应用化学博士学位。至今已在Angew Chem Int EdJ Am Chem SocChemNature CommunAdvanced Materials,以及化工染料主流杂志Dyes and PigmentsAICHE J等发表SCI论文280余篇,共被SCI引用1.4万余次,H指数为66。申请中国发明专利23项,其中18项已授权,2项成功地实施了转让。曾获国家自然科学二等奖两项(2019年第一完成人;2007年第三完成人)、上海市自然科学一等奖两项(2006年第三完成人;2017年第一完成人)、上海市牡丹奖

    通讯作者:

    吴永真(1986-),男,博士,教授,主要研究方向为新型太阳电池材料与器件。E-mail:wu.yongzhen@ecust.edu.cn

    朱为宏(1970-),男,博士,教授,主要研究方向为有机功能染料。E-mail:whzhu@ecust.edu.cn

  • 中图分类号: TK511

Stability Enhancement for All Inorganic CsPbX3 Perovskite Solar Cells via Metal Ions Doping

  • 摘要: 钙钛矿太阳能电池具有光电转换效率高、成本低等优势,有望成为新一代光伏技术。然而,钙钛矿材料本身较低的稳定性限制了其商业化应用。因此,提高钙钛矿材料的稳定性对进一步推进钙钛矿太阳能电池的实用化至关重要。综述了金属离子掺杂在全无机钙钛矿太阳能电池的结构、组成及稳定性等方面的进展,重点介绍了以A位和B位金属离子2类典型的离子掺杂稳定全无机钙钛矿太阳能电池的研究工作。最后,提出了金属离子掺杂作为全无机钙钛矿太阳能电池稳定性强化策略所面临的机遇和挑战。
  • 图  1  NREL收录的钙钛矿太阳能电池效率记录[9]和文献报道CsPbI3钙钛矿太阳能电池的效率进展图

    Figure  1.  Efficiency progress of hybrid PSCs collected in NREL efficiency chart[9] and literature reported CsPbI3 PSCs

    图  2  CsPbI3在不同温度下的可逆晶体结构/相转变

    Figure  2.  Reversibility of crystal structure and phase transition of CsPbI3 perovskite at different temperatures

    图  3  (a) K+离子掺杂CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池示意图[25];(b) Na+离子掺杂CsPbI3钙钛矿太阳能电池结构示意图[26]

    Figure  3.  (a) Schematic diagram of K+ doped CsPbI2Br perovskite solar cells device[25], (b) Structure diagram of Na+ doped CsPbI3 perovskite solar cell[26]

    图  4  (a) CsPbI2Br钙钛矿器件结构以及Mn2+离子掺杂的示意图[28];(b) Zn(蓝色球)在钙钛矿晶格间隙的示意图[32];(c) Eu3+离子掺杂CsPbI3钙钛矿的结构示意图[34];(d)Cu2+离子掺杂CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池器件的J-V曲线[40]

    Figure  4.  (a) Schematic structure of the device and illustration of the Mn2+ ions doping modes: interstitial and substituting[28], (b) The scheme of interstitial Zn (blue ball) in perovskite lattice[32], (c) Schematic structure of the Eu3+ ions doping CsPbI3 perovskite[34], (d) J-V curves of Cu2+ ions doping CsPbI2Br perovskite solar cells[40]

    表  1  全无机钙钛矿中的掺杂离子及其半径和对应的功率转换效率

    Table  1.   Doped ions in all-inorganic perovskites, their radius and corresponding PCE

    掺杂离子 离子半径/pm 钙钛矿组分 效率/% 参考文献
    Mn2+ 67 CsPbI2Br 13.47 [28]
    Sr2+ 113 CsPbI2Br 11.3 [29]
    Ca2+ 100 CsPbI3 13.3 [30]
    Ba2+ 135 CsPbI2Br 14.0 [31]
    Zn2+ 74 CsPbI2Br 13.6 [32]
    Sn2+ 112 CsPbI2Br 11.33 [33]
    Eu3+ 95 CsPbI3 6.0 [34]
    Eu2+ 117 CsPbI2Br 13.71 [35]
    Bi3+ 108 CsPbI3 13.21 [36]
    Ni2+ 69 CsPbI2Br 13.88 [37]
    Ge2+ 73 CsPbI2Br 10.8 [38]
    Nb5+ 64 CsPbI2Br 10.42 [39]
    Cu2+ 73 CsPbI2Br 16.15 [40]
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  • 收稿日期:  2020-04-09
  • 刊出日期:  2020-03-31

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