无机钙钛矿太阳能电池:光电转换效率可达14.4%

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2018-10-11

【引言】有机-无机杂化钙钛矿因结构简单,能量转换率高,低成本以及温和条件制备等优点,备受学术界的关注。 但其存在一个致命的弱点:光化学稳定性和热稳定性差。

相比之下,无机钙钛矿材料因其优异的稳定性成为研究者们新的关注热点。 但是由于其禁带宽度大,大大限制了其光电转换效率。

在该研究中,作者设计分级带隙的无机钙钛矿薄膜,调整了薄膜不同位置的带隙,增大了薄膜厚度,钝化表面,减小了电荷复合,最终得到的器件VOC高达1.20V,JSC为15.25mA/cm2,FF78.7%,光电转换效率为14.4%。

这是目前已知的无机钙钛矿电池的最高效率。

【成果简介】近日,陕西师范大学靳志文博士和刘生忠教授(共同通讯作者),硕士生边慧和白东良(共同一作)在Joule上发表了一篇名为“GradedBandgapCsPbI2+xBr1-xPerovskiteSolarCellswithaStabilizedEfficiencyof14.4%”的文章。

在这次研究中,作者设计分级带隙的无机钙钛矿薄膜。 研究表明,分级带隙设计可以有效的调整薄膜不同位置的带隙,增大了薄膜厚度,增加了吸光效率,钝化了表面,减小了电荷复合,最终器件光电转换效率和稳定性都有一定的提高。

【图文简介】图一:器件结构图和分级带隙设计的研究(a)器件的结构示意图;(b)器件的能级示意图;图二:Mn离子掺杂CsPbI3QDs的表征(a)掺杂Mn的CsPbI3QDs的TEM图;(b)掺杂Mn的CsPbI3QDs的HRTEM图;(c)&(d)掺杂Mn的CsPbI3QDs的XRD图;(e)掺杂Mn的CsPbI3QDs的XPS图谱;(f)SCN-离子处理CsPbI3QDs的原理图;(g)不同条件处理CsPbI3QDs的红外图谱;图三:CsPbI3QDs和CsPbI2Br电池的性能CsPbI3QDs钙钛矿太阳能电池:(a)SEM图和SEM截面图;(b)改性前与改性后器件的J-V曲线;(c)器件的EQE曲线;CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池:(d)SEM图和SEM截面图;(e)器件的J-V曲线;(f)器件的EQE曲线;图四:CsPbBrI2/CsPbI3QDs分级能级器件的性能(a)不同器件的吸收图;(b)用乙酸乙酯处理不同时间CsPbI3QDs的吸收图;(c)不同薄膜厚度CsPbI3QDs的吸收图;(d)表面垂直成分剖面的XPS图;(e)用乙酸乙酯处理的表面垂直成分剖面的XPS图;(f)吸收的结构示意图;(g)CsPbBrI2/CsPbI3QD器件的J-V曲线;(h)CsPbBrI2/CsPbI3QD器件的EQE曲线.图五:最优器件的性能(a)CsPbI3QD厚度随器件性能的变化;(b)器件的稳态测试;(c)-(f)不同参数的统计数据。

【小结】研究表明,作者设计分级带隙的无机钙钛矿薄膜,调整了薄膜不同位置的带隙,增大了薄膜厚度,钝化表面,光电转换效率可达14.4%。 这是目前已知的无机钙钛矿太阳能电池的最高效率。