合金調(diào)控碳電極功函數(shù)改善無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池的電荷提取

【引言】

近年來，基于CsPbBr3吸光層的全無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池（PSC）由于其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和低成本得到了研究者的密切關(guān)注，其光電轉(zhuǎn)換效率也持續(xù)走高，不斷刷新紀(jì)錄。研究發(fā)現(xiàn)，無機(jī)PSC器件的電荷提取能力對光電轉(zhuǎn)換效率的提升具有關(guān)鍵作用。經(jīng)典無機(jī)PSC器件采用CsPbBr3薄膜為吸光層，其價帶能級為－5．6 eV，與碳電極的功函數(shù)－5．0 eV產(chǎn)生的0．6 eV的能量差致使電荷提取困難并限制光伏性能的提升。因此，如何實(shí)現(xiàn)高效電荷提取是全無機(jī)PSC領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

【成果簡介】

近日，暨南大學(xué)新能源技術(shù)研究院唐群委教授（通訊作者）設(shè)計了一種PtNi合金調(diào)控碳背電極功函數(shù)的全無機(jī)PSC器件，利用PtNi合金摻雜比例調(diào)控背電極功函數(shù)與CsPbBr3價帶能級的匹配度，有效提高了電子－空穴的分離效率，并最終獲得了7．85％的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，器件在25℃的室溫和80％的相對濕度下保存20余天，光伏性能仍能保持穩(wěn)定。通過調(diào)控背電極功函數(shù)改善電荷提取為極大提升無機(jī)PSC的光電轉(zhuǎn)換效率提供了新的思路。相關(guān)成果以“Alloy－Controlled Work Function for Enhanced Charge Extraction in All－Inorganic CsPbBr3 Perovskite Solar Cells”為標(biāo)題發(fā)表在ChemSusChem雜志上。

【圖文簡介】

圖1．全無機(jī)PSC的器件結(jié)構(gòu)和PtNi合金的形貌

（a） 全無機(jī)PSC的器件結(jié)構(gòu)示意圖。

（b） 全無機(jī)PSC的SEM斷面圖。

（c） 無機(jī)CsPbBr3的晶體結(jié)構(gòu)。

（d）－（e） PtNi合金的形貌。

圖2． 全無機(jī)PSC器件的光伏性能及PtNi合金的功函數(shù)

（a） 不同PtNi合金修飾的全無機(jī)PSC器件的J－V曲線。

（b） 全無機(jī)PSC的IPCE圖譜。

（c）－（f） PtNi合金摻雜碳電極的功函數(shù)圖譜。

（g） 全無機(jī)PSC的能級結(jié)構(gòu)和電荷傳輸示意圖。

圖3． 全無機(jī)PSC的電荷提取性能

（a）－（b） 全無機(jī)PSC器件的復(fù)合電流和復(fù)合電壓。

（c） 電池器件的PL圖譜。

（d） 電池器件的瞬態(tài)熒光光譜。

圖4． 電池性能及穩(wěn)定性

（a） 碳量子點(diǎn)界面修飾的全無機(jī)PSC的J－V曲線。

（b） 碳量子點(diǎn)界面修飾的全無機(jī)PSC的IPCE。

（c） 全無機(jī)PSC的20天穩(wěn)定性（80％ RH， 25?C）。

【小結(jié)】

研究人員利用合金調(diào)控碳背電極的功函數(shù)改善了全無機(jī)PSC器件的電子－空穴提取過程，通過優(yōu)化能級結(jié)構(gòu)，獲得了7．85％的光電轉(zhuǎn)換效率，并探討不同合金比例對電池性能的影響。這項(xiàng)工作對于進(jìn)一步調(diào)高電荷提取能力提供了新思路。