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高效纳米棒阵列钙钛矿太阳能电池：自然环境中高锶取代的理想结构

DOI：10.1021/acsami.9b22556 期刊：ACS Applied Materials & Interfaces 出版年份：2020 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其优异的功率转换效率（PCE）成为研究热点，但钙钛矿薄膜中含有的有毒铅（Pb）严重限制了其商业化应用。本研究以二氧化钛纳米棒阵列（TNRAs）作为电子传输层（ETL），采用简单的两步旋涂法，在空气环境（相对湿度RH=50%）中选择氯化锶（SrCl2）制备无铅PSCs。通过多种表征方法系统研究了引入锶（Sr）对钙钛矿薄膜及电池性能的影响。随着Sr替代量从0增加到15 mol%，形成的具有致密结构和较大晶粒尺寸的钙钛矿薄膜基本保持不变，而残留PbI2减少，这有利于提升电池性能。当Sr替代量为5 mol%时，由于增强了钙钛矿薄膜向TNRAs的电荷提取并抑制了电池内的电荷复合，获得了最优的16.08%光电转换效率（平均PCE=15.37%）。Sr替代PSCs的湿度和热稳定性均得到改善。更重要的是，15 mol% Sr替代的PSCs在空气环境（RH=50%）中仍保持15.09%的效率，达到原始（0 mol% Sr）PSC（15.27%）效率的99%，表明TNRAs结构适用于合成高Sr替代量的无铅PSCs。
作者： Rui Li，Huanyu Zhang，Xing Han，Xiangtao Huo，Mei Zhang，Min Guo
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过部分用锶（Sr）替代铅（Pb），在空气环境中以二氧化钛纳米棒阵列（TNRAs）作为电子传输层（ETL）制备无铅钙钛矿太阳能电池（PSCs），以解决铅的毒性问题，并研究锶替代对钙钛矿薄膜及电池性能的影响。

研究成果

该研究成功证明，基于TNRAs的钙钛矿太阳能电池（PSCs）通过锶掺杂可在空气环境中实现高光电转换效率（PCE）和稳定性提升。最佳锶掺杂量为5摩尔%，此时PCE达到16.08%。TNRAs结构适用于高锶掺杂的无铅PSCs，在15摩尔%锶掺杂下仍能保持初始器件99%的效率。

研究不足

该研究仅限于锶取代量达20摩尔%，未探究更高取代水平的影响。制备与测试均在受控空气环境（相对湿度=50%）中进行，可能无法代表所有实际工况条件。

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