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新式高效平面异质结钙钛矿太阳能电池出生

来源:http://hi-infidelity.com 责任编辑:环亚ag88手机版 更新日期:2019-02-17 17:50 字体:
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  新式高效平面异质结钙钛矿太阳能电池出生

  钙钛矿太阳能电池是近几年鼓起的一类具有巨大使用远景的太阳能电池,它具有光电变换功率高、成本低以及制备工艺简略等杰出长处。通过几年的快速开展,钙钛矿太阳能电池的功率已从初始的3.8%敏捷进步到22.1%,已挨近或超越传统高效薄膜太阳能电池(如铜铟镓硒或碲化镉等),进一步开展,可与硅及砷化镓等单晶太阳能电池比美。

  现在高效的钙钛矿电池均选用低温细密TiO2与高温多孔TiO2相结合的介孔结构作为电子传输层,但介孔层制备温度较高、工艺进程较为杂乱,不利于大规模出产。近年来,人们发现有机/无机杂化的钙钛矿资料具有几微米乃至长达上百微米载流子分散长度,远高于传统的有机半导体几十纳米的分散长度。鉴于钙钛矿本身优异的电荷传输才能,可彻底不需要凭借高温烧结TiO2介孔层来辅佐电子传输,制备简略平面异质结钙钛矿太阳能电池。

  平面结构钙钛矿电池具有制备工艺简略、低温制备且与柔性器材制备工艺兼容等优势。但人们广泛研讨的根据TiO2细密层的钙钛矿电池存在严峻电滞现象,在反向丈量(从开路电压扫到短路电流)条件下能取得较高功率,但正向丈量(从短路电流扫到开路电压)时功率较低,使得人们不能正确评判这类电池光电变换功率。电滞现象一向困扰平面钙钛矿电池研讨,导致该现象可能的原因包含:钙钛矿层中离子移动、钙钛矿/电子传输层TiO2界面缺陷或能级排布差异等构成的势垒,以及TiO2低的电子迁移率等阻止了电子从钙钛矿到电子传输层的有用输运。近来,人们使用具有离子钝化效果及快速电荷搬运才能的富勒烯资料改性TiO2细密层外表,增强了电子的抽取,有用削减了电滞现象。但富勒烯存在价格昂贵、在空气中不安稳等缺陷。因而,开发一类低成本、安稳的具有强电子抽取才能的电荷传输层至关重要。

  最近,中国科学院半导体研讨所资料科学要点试验室研讨员游经碧与张兴隆等使用比TiO2导带能级深、迁移率高的无机安稳的金属氧化物SnO2替代传统的TiO2作为钙钛矿电池的电子传输层,降低了钙钛矿与电子传输层之间的势垒,加速电子从钙钛矿到电子传输层的搬运,削减了界面电荷堆集。他们研制出了根据SnO2电子传输层的平面异质结钙钛矿电池(图1a),试验证明了SnO2可明显进步电子从钙钛矿吸收层到电子传输层的搬运速率(图1b),所制备的电池基本无电滞现象(图1c)。此外,凭借钙钛矿层退火构成进程中稍过量加热生成少数PbI2钝化钙钛矿晶界的效果,削减复合进程,取得了光电变换功率高达19.9±0.6%的平面异质结钙钛矿电池,并得到了美国光伏证明组织Newport的权威认证。这些成果展现了取得高效无电滞平面异质结钙钛矿电池是彻底可行的,为制备高效无电滞钙钛矿太阳能电池供给了新的方向和思路,有力推进了钙钛矿太阳能电池的进一步开展。相关成果宣布在最近出书的《天然-动力》期刊上(Q.Jiangetal.,NatureEnergy,1,16117(2016))。

  博士生蒋琦是该文章的榜首作者,游经碧与张兴隆是该论文的通讯作者。该作业得到了中组部青年千人方案、国家要点研制方案、北京市科委以及国家天然科学基金委员会的经费支撑。

  图1:(a)高效平面异质结钙钛矿电池扫描电子显微镜截面图,(b)钙钛矿在不同界面上的稳态荧光谱以及(c)使用SnO2纳米颗粒作为电子传输层的钙钛矿电池在正向丈量和反向丈量条件下的电流-电压曲线。

  

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