[应用速递]Sol-UV 日光模拟器用于钙钛矿太阳能电池

背景：有机-无机杂化组成的钙钛矿太阳能电池，从2009年至今，作为一种新兴的光电半导体材料，具有良好的光电转化特性和低廉的成本，这引起了研究人员的广泛关注。不同于传统的硅材料，有机-无机杂化钙钛矿通常被认为是一种较软的离子晶体，其光电转化效率从3.8%提升到了24%。随着人们深入研究，发现钙钛矿多晶薄膜中容易形成多种多样的点缺陷（如空位、间隙离子、反位取代等），它们往往作为非辐射复合中心，影响钙钛矿太阳能电池的量子效率，降低太阳能器件的光伏性能^[1]。

近年来，人们一直在努力探索这些形成这些缺陷的原因。实验发现，缺陷的形成与溶液状态和加工条件息息相关，通过添加合适的添加剂，改变溶液状态，控制薄膜加工条件，可以降低钙钛矿多晶薄膜中缺陷密度，从而提高相应的器件的光电转化效率^[2]。

实验产品：

选用Newport Sol-UV 日光模拟器太阳光模拟器、PVIV-10A I-V 测试站、IQE-200B量子效率测试系统等，来测试制备的钙钛矿电池的光电流-电压和光电转化效率等。

下表中涂粉色部分是用到的太阳光模拟器产品主要参数:

SOL-UV 模拟器均采用了正在申请专利的设计，提供符合标准的紫外光，在整个采样区域内光谱照度的非均匀性 <5％。使用独特的集成衰减器件，zui大可用日光输出常数量在 10 - 100% 之间变化。

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部分实验结果：

面对钙钛矿多晶薄膜中容易形成多种多样的点缺陷，周欢萍课题组^[3]等人通过引入碱性物种，大幅度提升了相应的钙钛矿光伏器件的开路电压和光电转化效率。

图1  (a) PVSK和PVSK-FA器件的电流-电压曲线。(b) 左图：PVSK和PVSK-FA薄膜的吸收和PL光谱；右图：PVSK和PVSK-FA器件开路电压统计直方图。(c) PVSK-FA器件的正反扫。(d) PVSK-FA器件的稳态电流密度和效率。PVSK和PVSK-FA器件的 (e) 瞬态光电压衰减曲线和 (f) 变光强开路电压曲线。

结果：

通过添加合适的碱液，可大幅降低其薄膜中深层缺陷的密度。经美国Newport认证的20.87%效率的混卤钙钛矿太阳能电池，同时，开路电压损失也降低至413 mV，为平面钙钛矿太阳能电池中认证值电压损失最小的器件之一。

[1]Yang, W. S. et al. Iodide management in formamidinium-lead-halide-based perovskite layers for efficient solar cells. Science 356, 1376–1379 (2017).

[2]Meggiolaro, D. et al. Iodine chemistry determines the defect tolerance of lead halide perovskites. Energy Environ. Sci. 11, 702–713 (2018).

[3]Huanping Zhou. et al. Impacts of alkaline on the defects property and crystallization kinetics in perovskite solar cells. Nat Commun 10, 1112 (2019).