通式为ABX3的金属卤化物钙钛矿材料由于其拥有合适的带隙、高的光学吸收系数、长载流子寿命、长载流子扩散长度、较低的激子结合能等优异的光电特性使其在发光器件、激光、传感器、智能窗户、光电探测器和太阳能电池等领域受到了广泛的关注。尤其是钙钛矿太阳能电池因其制造成本低廉且性能优异而被认为是最有前途的下一代光伏器件。然后钙钛矿材料内部载流子动力学机理的缺失与空气环境下的不稳定性极大的制约了钙钛矿太阳能电池的进一步发展。

图1.（a）In元素三维分布图。（b）Pb元素三维分布图。（c）掺铟后钙钛矿器件飞行时间二次质谱仪深度剖析图。（d）掺杂不同浓度铟后的瞬态荧光寿命。

我们报道了一种先进的掺杂少量铟 (In3+) 离子的钙钛矿太阳能电池。经研究发现少量的In3+离子富集在埋底界面并促使钙钛矿吸光层的能级与电子传输层对齐。此外In3+离子极大的影响了钙钛矿材料内部载流子及热载流子动力学。相比于未掺杂的钙钛矿，含有In3+离子的钙钛矿的荧光寿命从24ns提升到了736ns；在接近一个太阳光照的激发浓度下热载流子的初始温度提升了一倍；在400K电子温度下热载流子的能量损失率从0.182 eV ps^−1降低至0.067 eV ps^−1。经过优化含有1.5%In3+离子的钙钛矿器件实现了22.4%的光电转化效率，这显著高于未掺杂的钙钛矿太阳能电池(20.3%)。此外，未封装的钙钛矿太阳能电池实现了长期稳定性，在干燥空气中老化3000小时后仍保留85%的初始效率。所获得的结果证明并促进了实用、高效、稳定的热载流子增强型钙钛矿太阳能电池的发展。

该成果发表在"Chaocheng Zhou, Tianju Zhang, Chao Zhang, Xiaolin Liu, Jun Wang, Jia Lin, Xianfeng Chen, Unveiling Charge Carrier Recombination, Extraction, and Hot-Carrier Dynamics in Indium Incorporated Highly Efficient and Stable Perovskite Solar Cells, Advanced Science, 2103491(2022)”。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202103491