無機鈣鈦礦太陽能電池可簡化的僅剩下CsPbBr3層

鈣鈦礦太陽能電池由于具有較高的光電轉換效率（＞ 22．7％），被研究人員認為是近年來最有希望解決能源問題的途徑之一。然而，傳統(tǒng)有機－無機雜化鈣鈦礦吸光材料的穩(wěn)定性卻成為其商業(yè)化的最大障礙。為此，研究人員嘗試開發(fā)新型的鈣鈦礦結構吸光劑。其中，具有鈣鈦礦結構的CsPbBr3表現(xiàn)出非常優(yōu)異的光學、熱學和化學穩(wěn)定性，是一種較為理想的電池材料，目前已通過技術優(yōu)化、界面優(yōu)化等方式將電池效率提升至13％以上。但該類電池仍存在一定的問題首先，傳統(tǒng)的二氧化鈦電子傳輸層不僅需要較高的煅燒溫度，不利于柔性器件的制備，而且在紫外光照射條件下會對鈣鈦礦材料具有嚴重的降解作用；其次，目前常用的空穴傳輸層中吸濕性添加劑的存在也會降低電池的穩(wěn)定，增加生產成本，不利用電池的商業(yè)化進程。因此，如何改善CsPbBr3無機鈣鈦礦太陽能電池的制備過程，降低制備溫度以及生產成本是目前急需解決的問題之一。

成果簡介

近日，暨南大學新能源技術研究院唐群委教授（通訊作者）構建了一種簡化的無機鈣鈦礦電池器件，其基本結構為FTO／CsPbBr3／Carbon。研究人員避免了傳統(tǒng)電子傳輸層以及空穴傳輸層的使用，簡化了電池的結構以及制備過程，同時該結構的電池器件在標準光強下獲得2．35％的光電轉換效率。與傳統(tǒng)的電池結構相比，該器件的性能較低，其主要原因可以歸結為界面間的能級差較大，電荷提取能力較弱，造成嚴重的界面電荷復合現(xiàn)象。為此，研究人員進一步利用石墨烯量子點和CsPbBrI2鈣鈦礦量子點進行界面修飾，將電池效率提升至4．1％。相關成果以題為“Simplified Perovskite Solar Cell with 4．1％－Efficiency Employing Inorganic CsPbBr3 as Light Absorber”發(fā)表在Small雜志上。

圖文簡介

圖一 電池器件的組裝過程以及相關的表征

（a）CsPbBr3的制備過程；

（b）PbBr2和CsPbBr3薄膜的表面形貌；

（c）無機鈣鈦礦電池的SEM斷面圖和能級圖；

（d）CsPbBr3的紫外吸收曲線；

（e）CsPbBr3的帶隙計算；

（f）CsPbBr3的XRD圖譜；

圖二 電池器件的光伏性能表征

（a）不同電池結構的J－V曲線；

（b）不同電池結構的IPCE曲線；

（c）不同電池結構的穩(wěn)態(tài)輸出曲線；

（d）電池的效率分布；

圖三 電子復合表征

（a）量子點修飾前后鈣鈦礦薄膜的穩(wěn)態(tài)PL測試；

（b）量子點修飾前后鈣鈦礦薄膜時間分辨熒光光譜；

（c）短路電流密度與光強的關系曲線；

（d）開路電壓與光強的關系曲線；

圖四 電池的穩(wěn)定性能