鈣鈦礦太陽能電池由于具有較高的光電轉換效率(> 22.7%)，被研究人員認為是近年來最有希望解決能源問題的途徑之一。然而，傳統有機-無機雜化鈣鈦礦吸光材料的穩定性卻成為其商業化的最大障礙。為此，研究人員嘗試開發新型的鈣鈦礦結構吸光劑。其中，具有鈣鈦礦結構的CsPbBr3表現出非常優異的光學、熱學和化學穩定性，是一種較為理想的電池材料，目前已通過技術優化、界面優化等方式將電池效率提升至13%以上。但該類電池仍存在一定的問題：首先，傳統的二氧化鈦電子傳輸層不僅需要較高的煅燒溫度，不利于柔性器件的制備，而且在紫外光照射條件下會對鈣鈦礦材料具有嚴重的降解作用;其次，目前常用的空穴傳輸層中吸濕性添加劑的存在也會降低電池的穩定，增加生產成本，不利用電池的商業化進程。因此，如何改善CsPbBr3無機鈣鈦礦太陽能電池的制備過程，降低制備溫度以及生產成本是目前急需解決的問題之一。

成果簡介

近日，暨南大學新能源技術研究院唐群委教授(通訊作者)構建了一種簡化的無機鈣鈦礦電池器件，其基本結構為FTO/CsPbBr3/Carbon。研究人員避免了傳統電子傳輸層以及空穴傳輸層的使用，簡化了電池的結構以及制備過程，同時該結構的電池器件在標準光強下獲得2.35%的光電轉換效率。與傳統的電池結構相比，該器件的性能較低，其主要原因可以歸結為：界面間的能級差較大，電荷提取能力較弱，造成嚴重的界面電荷復合現象。為此，研究人員進一步利用石墨烯量子點和CsPbBrI2鈣鈦礦量子點進行界面修飾，將電池效率提升至4.1%。相關成果以題為“Simplified Perovskite Solar Cell with 4.1%-Efficiency Employing Inorganic CsPbBr3 as Light Absorber”發表在Small雜志上。

圖文簡介

圖一 電池器件的組裝過程以及相關的表征

(a)CsPbBr3的制備過程;

(b)PbBr2和CsPbBr3薄膜的表面形貌;

(c)無機鈣鈦礦電池的SEM斷面圖和能級圖;

(d)CsPbBr3的紫外吸收曲線;

(e)CsPbBr3的帶隙計算;

(f)CsPbBr3的XRD圖譜;

圖二 電池器件的光伏性能表征

(a)不同電池結構的J-V曲線;

(b)不同電池結構的IPCE曲線;

(c)不同電池結構的穩態輸出曲線;

(d)電池的效率分布;

圖三 電子復合表征

(a)量子點修飾前后鈣鈦礦薄膜的穩態PL測試;

(b)量子點修飾前后鈣鈦礦薄膜時間分辨熒光光譜;

(c)短路電流密度與光強的關系曲線;

(d)開路電壓與光強的關系曲線;

圖四 電池的穩定性能