9.72%效率的高純無(wú)機(jī)鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池
【引言】
近些年,溶液法制備有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池受到研究者廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池大規(guī)模商業(yè)化進(jìn)程中面臨著如下挑戰(zhàn):1. 鈣鈦礦電池在濕熱條件下容易導(dǎo)致性能衰減;2.碘離子容易從鹵化鉛擴(kuò)散到金屬電極,導(dǎo)致性能衰減;3.先進(jìn)空穴傳輸材料的高成本。
溴化銫鉛鈣鈦礦在濕熱條件下仍然保持較高的載流子遷移率與穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu),因此被認(rèn)為是一種極具潛力的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦電池材料。然而,由于溶液法制備的溴化銫鉛鈣鈦礦薄膜中總是存在多種混合相(CsBr 和Cs4PbBr6),導(dǎo)致了溶液法制備的全無(wú)機(jī)溴化銫鉛鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率低下。因此要獲得高效率的溴化銫鉛鈣鈦礦太陽(yáng)能電池,首先就得解決鈣鈦礦薄膜中的混合相問(wèn)題。
【成果簡(jiǎn)介】
近日,暨南大學(xué)唐群委教授等人在Angew 上發(fā)表了一篇名為“High-Purity Inorganic Perovskite Films for Solar Cells with 9.72% Efficiency”的文章。該研究通過(guò)多步溶液法制備出高純無(wú)機(jī)溴化銫鉛鈣鈦礦薄膜,電池效率高達(dá)9.72%, 并且在90%濕度,常溫條件效率保持在87%,或者0濕度,80℃下效率保持90%。
【圖文簡(jiǎn)介】
圖1:制備流程與對(duì)應(yīng)的SEM圖
(a). 薄膜旋涂流程;1)FTO 2)c-TiO2 3)m-TiO2 4)PbBr2;
(b). 多步溶液法旋涂CsBr;
(c, d). 對(duì)應(yīng)的全無(wú)機(jī)鹵化鉛薄膜的頂視SEM圖,俯視SEM圖;
圖2:溴化銫鉛薄膜的相轉(zhuǎn)變
(a-b). 溴化銫鉛薄膜(旋涂n次,n=1-6)在11-30°(a)和15-22°(b)范圍的XRD譜峰;
(c). 不同旋涂次數(shù)對(duì)應(yīng)的Cs/Pb原素比例;
(d). 溴化銫鉛鹵化物的晶體結(jié)構(gòu);
(e). 全無(wú)機(jī)溴化銫鉛鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的截面SEM圖;
(f). 旋涂不同次數(shù)的器件的J-V曲線(f)和IPCE曲線(g);
圖3:器件性能表征
(a). 含石墨烯量子點(diǎn)(紅線)與不含石墨烯量子點(diǎn)(黑線)的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的J-V曲線;
(b). 純溴化銫鉛薄膜與石墨烯量子點(diǎn)修飾后的溴化銫鉛薄膜的PL譜;
(c). 兩種器件的Jsc和Voc與光強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
圖4:器件性能穩(wěn)定性測(cè)試
(a). 90%濕度,室溫條件下,130天的效率穩(wěn)定性測(cè)試;
(b).濕度為0,80攝氏度情況下,40天的的效率穩(wěn)定性測(cè)試;
【小結(jié)】
研究者通過(guò)多步溶液法制備出高純的溴化銫鉛鈣鈦礦薄膜,用于制備的無(wú)空穴傳輸層的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池7.54%的效率。然后,通過(guò)石墨烯量子點(diǎn)的修飾,將器件的效率提升至9.72%,并且器件的穩(wěn)定性也得到較大的提升。該研究在一定程度上促進(jìn)了鈣鈦礦的商業(yè)化進(jìn)程。

責(zé)任編輯:蔣桂云
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