宁波材料所在稳定运行的钙钛矿太阳能电池研究方面取得进展

钙钛矿由于其显著的光电特性，具有高吸收系数、长载流子扩散长度、高载流子迁移率等优点而备受关注。尽管钙钛矿太阳能电池（PSCs）的光伏效率取得了快速进步，但其运行稳定性仍然是商业化的重大挑战。这种不稳定性主要是由光诱导的卤化物离子迁移和随后氧化成碘（I₂ ）引起的，尤其当器件在面对高温下的热效应时，这种情况会更加严重，会导致I₂ 挥发并导致不可逆的器件退化。因此，抑制钙钛矿太阳能电池器件中I^- /I₂ 的逸出至关重要。

为了解决这一问题，近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义研究员和刘畅研究员等人在前期钙钛矿太阳能电池研究的基础上（Joule. 2024, DOI:10.1016/j.joule.2024.01.021; Adv. Mater. 2024, 36, 2309998; Adv. Mater. 2023, 2302752; Angew. Chem.Int. Ed. 2023, 135, e202217526; Adv. Funct. Mater. 2023, 2214788; Adv. Funct. Mater. 2023, 2210600；Infomat 2022, e12379; Nano Energy 2022, 93, 106800；Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3630；Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2101416），在碘离子动态可逆氧化还原用于ISOS-L-3协议下稳定运行的钙钛矿太阳能电池研究方面取得重要进展。

在这项研究中，团队创新性地将含硫醇的还原剂巯基乙胺氢碘酸盐（ESAI）纳入钙钛矿薄膜中。这种添加的目的是防止碘离子的氧化，从而抑制FAPbI₃ →FAI+PbI₂ 的光诱导降解途径。此外，钙钛矿薄膜内硫醇-二硫化物/I⁻ -I₂ 氧化还原对的形成为I₂ 在光和热应力下持续还原提供了动态机制，促进了碘引起的降解的愈合。这种方法显著增强了钙钛矿太阳能电池的运行稳定性。根据ISOS-L-3测试协议（在~65℃相对湿度~50%的环境中进行MPP跟踪），经过处理的钙钛矿太阳能电池在老化300小时后仍保持其初始效率的97%。相比之下，对照器件几乎完全退化，这主要是由于热引起的I₂ 快速挥发。以上结果证明，在涉及热效应的情况下，将ESAI纳入钙钛矿薄膜中是解决钙钛矿太阳能电池稳定性问题的有效策略。

该工作以“Dynamic Reversible Oxidation-Reduction of Iodide Ions for Operationally Stable Perovskite Solar Cells under ISOS-L-3 Protocol”为题发表在材料领域顶级期刊Advanced Materials（DOI:10.1002/adma.202400852）。宁波材料所硕士生卢晓怡、孙可轩和王耀华为该论文的共同第一作者，宁波材料所葛子义研究员、刘畅研究员和孟员员博士后为该论文的通讯作者。上述工作得到了国家杰出青年科学基金（21925506）、国家自然科学基金（U21A20331、81903743、22279151、22275004）等项目资助。

图1(a) 不添加和添加ESAI的FAPbI₃ 钙钛矿中的光和热诱导降解机制；(b) ISOS-L-1和(c) ISOS-L-3协议的钙钛矿太阳能电池的运行稳定性。

（光电信息材料与器件实验室  卢晓怡）