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無機鈣鈦礦太陽能電池:光電轉換效率可達14.4%

鉅大LARGE  |  點擊量:1600次  |  2020年04月09日  

【引言】


有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池因結構簡單,能量轉換率高,低成本以及溫和條件制備等優(yōu)點,備受學術界的關注。但其存在一個致命的弱點:光化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性差。相比之下,無機鈣鈦礦材料因其優(yōu)異的穩(wěn)定性成為研究者們新的關注熱點。但是由于其禁帶寬度大,大大限制了其光電轉換效率。在該研究中,作者設計分級帶隙的無機鈣鈦礦薄膜,調整了薄膜不同位置的帶隙,增大了薄膜厚度,鈍化表面,減小了電荷復合,最終得到的器件VOC高達1.20V,JSC為15.25mA/cm2,F(xiàn)F78.7%,光電轉換效率為14.4%。這是目前已知的無機鈣鈦礦太陽能電池的最高效率。


【成果簡介】


近日,陜西師范大學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“GradedBandgapCsPbI2+xBr1-xPerovskiteSolarCellswithaStabilizedEfficiencyof14.4%”的文章。在這次研究中,作者設計分級帶隙的無機鈣鈦礦薄膜。研究表明,分級帶隙設計可以有效的調整薄膜不同位置的帶隙,增大了薄膜厚度,新增了吸光效率,鈍化了表面,減小了電荷復合,最終器件光電轉換效率和穩(wěn)定性都有一定的提高。


【圖文簡介】


圖一:器件結構圖和分級帶隙設計的研究


(a)器件的結構示意圖;


(b)器件的能級示意圖;


圖二:Mn離子摻雜CsPbI3QDs的表征


(a)摻雜Mn的CsPbI3QDs的TEM圖;


(b)摻雜Mn的CsPbI3QDs的HRTEM圖;


(c)&(d)摻雜Mn的CsPbI3QDs的XRD圖;


(e)摻雜Mn的CsPbI3QDs的XPS圖譜;


(f)SCN-離子處理CsPbI3QDs的原理圖;


(g)不同條件處理CsPbI3QDs的紅外圖譜;


圖三:CsPbI3QDs和CsPbI2Br電池的性能


CsPbI3QDs鈣鈦礦太陽能電池:


(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/CsPbI3QDs分級能級器件的性能


(a)不同器件的吸收圖;


(b)用乙酸乙酯處理不同時間CsPbI3QDs的吸收圖;


(c)不同薄膜厚度CsPbI3QDs的吸收圖;


(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)吸收的結構示意圖;


(g)CsPbBrI2/CsPbI3QD器件的J-V曲線;


(h)CsPbBrI2/CsPbI3QD器件的EQE曲線.


圖五:最優(yōu)器件的性能


(a)CsPbI3QD厚度隨器件性能的變化;


(b)器件的穩(wěn)態(tài)測試;


(c)-(f)不同參數(shù)的統(tǒng)計數(shù)據。


【小結】


研究表明,作者設計分級帶隙的無機鈣鈦礦薄膜,調整了薄膜不同位置的帶隙,增大了薄膜厚度,鈍化表面,光電轉換效率可達14.4%。這是目前已知的無機鈣鈦礦太陽能電池的最高效率。


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