無機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池：光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)14.4％

【引言】

有機(jī)－無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能量轉(zhuǎn)換率高，低成本以及溫和條件制備等優(yōu)點(diǎn)，備受學(xué)術(shù)界的關(guān)注。但其存在一個(gè)致命的弱點(diǎn)光化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性差。相比之下，無機(jī)鈣鈦礦材料因其優(yōu)異的穩(wěn)定性成為研究者們新的關(guān)注熱點(diǎn)。但是由于其禁帶寬度大，大大限制了其光電轉(zhuǎn)換效率。在該研究中，作者設(shè)計(jì)分級(jí)帶隙的無機(jī)鈣鈦礦薄膜，調(diào)整了薄膜不同位置的帶隙，增大了薄膜厚度，鈍化表面，減小了電荷復(fù)合，最終得到的器件VOC高達(dá)1．20V，JSC 為15．25 mA／cm2，F(xiàn)F78．7％，光電轉(zhuǎn)換效率為14．4％。這是目前已知的無機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的最高效率。

【成果簡(jiǎn)介】

近日，陜西師范大學(xué)靳志文博士和劉生忠教授 （共同通訊作者），碩士生邊慧和白東良（共同一作）在Joule上發(fā)表了一篇名為 “Graded Bandgap CsPbI2＋xBr1－x Perovskite Solar Cells with a Stabilized Efficiency of 14．4％” 的文章。在這次研究中，作者設(shè)計(jì)分級(jí)帶隙的無機(jī)鈣鈦礦薄膜。研究表明，分級(jí)帶隙設(shè)計(jì)可以有效的調(diào)整薄膜不同位置的帶隙，增大了薄膜厚度，增加了吸光效率，鈍化了表面，減小了電荷復(fù)合，最終器件光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性都有一定的提高。

【圖文簡(jiǎn)介】

圖一器件結(jié)構(gòu)圖和分級(jí)帶隙設(shè)計(jì)的研究

（a） 器件的結(jié)構(gòu)示意圖；

（b） 器件的能級(jí)示意圖；

圖二Mn離子摻雜CsPbI3 QDs的表征

（a） 摻雜Mn的CsPbI3 QDs的TEM圖；

（b） 摻雜Mn的CsPbI3 QDs的HRTEM圖；

（c）＆（d） 摻雜Mn的CsPbI3 QDs的XRD圖；

（e） 摻雜Mn的CsPbI3 QDs的XPS圖譜；

（f） SCN－離子處理CsPbI3 QDs的原理圖；

（g） 不同條件處理CsPbI3 QDs的紅外圖譜；

圖三CsPbI3 QDs和 CsPbI2Br 電池的性能

CsPbI3 QDs鈣鈦礦太陽(yáng)能電池

（a） SEM圖和SEM截面圖；

（b） 改性前與改性后器件的J－V曲線；

（c） 器件的EQE曲線；

CsPbI2Br鈣鈦礦太陽(yáng)能電池

（d） SEM圖和SEM截面圖；

（e） 器件的J－V曲線；

（f） 器件的EQE曲線；

圖四CsPbBrI2／CsPbI3 QDs分級(jí)能級(jí)器件的性能

（a） 不同器件的吸收?qǐng)D；

（b） 用乙酸乙酯處理不同時(shí)間CsPbI3 QDs的吸收?qǐng)D；

（c） 不同薄膜厚度CsPbI3 QDs的吸收?qǐng)D；

（d） 表面垂直成分剖面的XPS圖；

（e） 用乙酸乙酯處理的表面垂直成分剖面的XPS圖；

（f） 吸收的結(jié)構(gòu)示意圖；

（g） CsPbBrI2／CsPbI3 QD器件的J－V曲線；

（h） CsPbBrI2／CsPbI3 QD器件的EQE曲線．

圖五最優(yōu)器件的性能

（a） CsPbI3 QD厚度隨器件性能的變化；

（b） 器件的穩(wěn)態(tài)測(cè)試；

（c）－（f）不同參數(shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

【小結(jié)】

研究表明，作者設(shè)計(jì)分級(jí)帶隙的無機(jī)鈣鈦礦薄膜，調(diào)整了薄膜不同位置的帶隙，增大了薄膜厚度，鈍化表面，光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)14．4％。這是目前已知的無機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的最高效率。