RbCl添加剂通过形貌调控与缺陷钝化提升CsPbBr3钙钛矿太阳能电池性能

针对两步旋涂法制备CsPbBr3钙钛矿太阳能电池（PSCs）存在的薄膜孔洞多、缺陷密度高问题，研究人员通过引入RbCl添加剂调控PbBr2薄膜结晶行为，成功制备出致密低缺陷的CsPbBr3薄膜。优化后器件效率提升25.6%（PCE=8.23%），为全无机PSCs的绿色制备提供了新策略。

　　

---

论文解读

在新能源领域，钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells, PSCs）因其高效率与低成本成为研究热点。其中，全无机CsPbBr₃钙钛矿凭借卓越的热稳定性和耐湿性脱颖而出，但其较宽带隙和制备工艺缺陷导致效率远低于有机-无机杂化PSCs。传统两步旋涂法虽采用环保水溶剂，却因CsPbBr₃薄膜的孔洞和缺陷问题效率受限。如何通过简单工艺优化薄膜质量，成为推动全无机PSCs实用化的关键。

针对这一挑战，国内研究人员在《Journal of Alloys and Compounds》发表研究，创新性地将RbCl作为PbBr₂前驱体添加剂，系统探究了其对薄膜形貌、缺陷密度及器件性能的影响。通过XRD、SEM等表征手段，结合时间分辨荧光光谱（TRPL）和电化学测试，揭示了RbCl通过调控PbBr₂结晶行为，间接优化CsPbBr₃薄膜质量的机制。

关键技术方法
研究采用FTO/SnO₂/CsPbBr₃/碳电极器件结构，通过两步旋涂法：1）将含RbCl的PbBr₂/DMF溶液旋涂成膜；2）以CsBr/水溶液转化生成CsPbBr₃。关键步骤包括SnO₂电子传输层制备、PbBr₂薄膜结晶调控及缺陷密度定量分析。

研究结果

1. PbBr₂薄膜调控机制
   XRD显示RbCl引入导致PbBr₂衍射峰偏移，表明形成RbPbBr_3-xCl_x中间相。SEM证实5 mg mL^-1 RbCl使PbBr₂薄膜晶粒尺寸均一化，为后续CsPbBr₃转化奠定基础。

2. CsPbBr₃薄膜质量提升
   目标薄膜缺陷密度降至4.15×10¹⁵ cm^-3（对照组5.81×10¹⁵ cm^-3），TRPL寿命缩短至0.66 ns（对照组2.57 ns），反映缺陷辅助复合减少。SEM显示薄膜致密无孔洞。

3. 器件性能突破
   最优RbCl浓度（5 mg mL^-1）下，碳基器件PCE达8.23%，较对照组（6.55%）提升25.6%，开路电压（V_oc）与填充因子（FF）同步改善。

结论与意义
该研究证实RbCl可通过调控PbBr₂结晶动力学，实现CsPbBr₃薄膜的形貌优化与缺陷钝化，为全无机PSCs的绿色制备提供了可规模化方案。其意义在于：1）阐明添加剂对前驱体薄膜的调控机制；2）突破两步旋涂法效率瓶颈；3）避免有毒甲醇溶剂使用，推动PSCs商业化进程。作者Dingshan Zhen、Weiwei Li等的工作为开发高效稳定全无机PSCs提供了新思路。