无机钙钛矿太阳能电池:光电转换效率可达14.4%

2020-04-09      1585 次浏览

【引言】


有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因结构简单,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太阳能电池的最高效率。


【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,新增了吸光效率,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。


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