吴步军 林东旭 李征 程振平 李新 陈科时婷婷 谢伟广 刘彭义

1 引 言

有机−无机杂化钙钛矿太阳电池(perovskite solar cells, PSCs)是太阳电池领域的一个热点研究方向. 钙钛矿薄膜合适的禁带宽度、优异的光吸收性以及较低的激子结合能, 使得仅仅需要300 nm厚度的薄膜即能实现对可见光的充分吸收, 并实现有效的光电转换[1−3]. 在短短10年左右的时间, PSCs的光电转换效率(power conversion efficiency, PCE)从2.3%提高到23.3%[4]. 尽管PSCs的效率得到快速提升, 但对于PSCs的产业化而言仍存在不少问题,其中最主要的是稳定性以及大面积制备工艺[5−8].

目前基于PSCs的制备可以分为溶液法、气相法以及两者结合的气相辅助溶液法. 气相法制备半导体薄膜是一种成熟的工业工艺技术, 还能够免除有毒溶剂的使用, 气相法制备PSCs是实现PSCs产业化的一种可选的绿色制备方法. 2013年, Snaith课题组[9]最先运用气相法通过有机源、无机源共蒸及后退火过程制备出相比溶液法更致密的钙钛矿薄膜, 获得了15.4%的PCE[10]. 2016年, Lin等[11]通过两步气相沉积和控制反应过程的压强制备出全气相法器件(包括电子传输层和空穴传输层),PCE高达17.6%. 2017年, 该课题组同样制备了全气相的无机钙钛矿器件, 并获得超过11%的PCE[12]. Cs+/FA+体系由于其优越的稳定性而被认为是最有潜力的一种钙钛矿材料组合[13]. 2018年, Chen课题组[14]通过先于TiO2衬底上分别蒸镀CsBr和PbBr2之后再用化学气相沉积使CsBr/PbBr2薄膜与FAI气体反应构建一种具有能带梯度的Cs0.15FA0.85PbI2.85Br0.15薄膜, 基于FTO/TiO2/Cs0.15FA0.85PbI2.85Br0.15/spiro−OMeTAD/Ag 结构的PCE达到18.2%. 直到目前为止, 气相法制备PSCs的最高PCE为20.1%[15].

虽然气相法制备的钙钛……