虽然空气处理的钙钛矿太阳能电池(PSCs)的低成本制造已经取得了很大的进展，但卤化物钙钛矿薄膜的水分降解仍然是一个亟待解决的关键问题。晶粒大、致密均匀的优质钙钛矿薄膜是提高PSCs效率和水分稳定性的关键。
来自西北工业大学的苏海军团队将重水（D2O）引入到PbI2前驱体溶液中，采用两步动态旋涂法制备钙钛矿薄膜，可以有效控制钙钛矿薄膜的结晶过程，获得高质量的钙钛矿薄膜。研究结果表明D2O的引入使钙钛矿的平均晶粒尺寸从494 nm增加到717 nm，明显减少了钙钛矿薄膜的晶界缺陷。与此同时，当D2O添加量为1%时，钙钛矿薄膜的紫外吸收强度最高。用最佳D2O浓度制备的小面积(0.055 cm2)PSCs的效率（PCE）达到21.66%，比控制器件(19.73%)高9.78%。1% D2O的大面积(1 cm2)PSCs的效率为20.02%。与控制器件相比，1% D2O的PSCs在20-25%相对湿度的黑暗环境下放置60天后，其效率可保持初始PCE的95%。该方法为在平面PSCs中制备高质量的钙钛矿薄膜提供了一种有效的策略。相关文章以“High efficiency stable planar perovskite solar cells via heavy water additive”标题发表在Solar Energy Materials and Solar Cells。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.solmat.2022.111861
图1(a)采用动态两步旋涂法制备D2O优化的钙钛矿薄膜过程的示意图，(b)控制、添加有0.5% D2O、1% D2O和2% D2O的钙钛矿薄膜的XRD，(c)控制、添加0.5% D2O、1% D2O和2% D2O制备的钙钛矿薄膜的紫外吸收光谱。
图2(a)控制和(b)1% D2O优化的钙钛矿薄膜SEM图，(c)控制和(d)1% D2O优化的钙钛矿薄膜的AFM图，(e)结构为玻璃/FTO/添加1% D2O的钙钛矿/Spiro-OMeTAD/银的截面SEM图。
图3.控制，添加有1% H2O和1% D2O的钙钛矿薄膜的(a)稳态PL和(b)TRPL，对于控制，添加1% H2O和1% D2O 的器件的(c) VOC与光照强度的关系，（d）JSC与光强的关系。
图4添加有不同浓度的D2O和1% H2O的20个电池的(a)Voc，(b)Jsc，(c)FF，(d) PCE的统计参数
图5(a)添加有不同浓度的D2O和1% H2O的冠军器件的J-V曲线，(b)控制和添加1% D2O的冠军器件正反扫J-V曲线，(c)在偏压为0.87 V和0.93 V时器件的稳态光电流和PCE。
图6大面积(1 cm2)控制器件在反向和正向扫描下的J-V曲线，(b)添加有1% D2O的器件的反向和正向扫描下的J-V曲线。
图7(a在20-25% RH的暗环境下，控制和添加1% D2O未封装的PSCs归一化PCE随存储时间的变化曲线，(b)钙钛矿薄膜存储60天后控制和添加1% D2O的XRD图，(c)控制钙钛矿薄膜和(d)添加1% D2O钙钛矿薄膜存储60天后的SEM图。
本文提出了在PbI2前驱体溶液中加入D2O来提高PSCs的PCE和水分稳定性的有效策略。D2O的加入可以获得晶粒尺寸增大、晶界减小的优质钙钛矿薄膜，并增强了紫外吸收强度，有利于电荷的提取和传输。D2O的引入有利于钙钛矿薄膜的平面生长，当D2O添加量为1%时，钙钛矿的平均晶粒尺寸由494 nm增加到717 nm。因此，D2O处理效果提高了PSCs的高性能，小面积(0.055 cm2)的冠军器件PCE达到21.66%，比对照器件(19.73%)高9.78%。当添加1% D2O时，大面积(1 cm2) PSCs的效率达到20.02%。结果还表明，添加D2O比添加H2O更能提高PSCs的效率。含1% D2O的未封装装置的PCE在20-25% RH的黑暗空气中放置60天后仍保留原始PCE的95%，而相同条件下，控制器件的PCE仅保留58%。D2O的添加策略为实现高湿度稳定性、高效率的PSCs商业化应用提供了新方向。
*感谢论文作者团队对本文的大力支持。
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