Adv. Energy Mater.：水系聚合物/納米晶雙邊體異質結雜化太陽能電池

【引言】

水溶液制備的太陽能電池(ASCs)具有真正意義上的綠色環保屬性，因此被認為是下一代大面積、廉價、柔性光伏器件的主要候選者。顧名思義ASCs最重要部分就是水溶性材料，已報到的用于器件制備的水溶性材料有：十八烷基三氯硅烷、聚噻吩衍生物、富勒烯衍生物、氧化鈦、硒化鎘等。水溶液法制備的聚合物/納米晶雜化太陽電池(AHSCs)能夠有效的結合有機物的柔性與納米晶的高遷移率和高吸收系數的優點，從而進一步提升ASCs的性能。然而，活性層的厚度是控制器件性能的關鍵，厚度薄填充因子高但是光吸收低，厚度過厚則使得電荷傳輸距離過長導致復合嚴重。通過調控活性層厚度，AHSCs的效率可以達到5.64%，這個效率直到現在也沒有被突破。提升AHSCs效率的關鍵是提升載流子的分離效率，減小載流子的復合、延長載流子的傳輸長度。

體異質結是一種將給體和受體材料共混形成的光電轉換活性層，將兩種材料相互交錯,形成一個雙連續、互相貫穿的網絡結構,由此極大地增加了給、受體的接觸面積,從而提升了載流子的分離效率，減小載流子復合。該結構正是實現以上目標的有效策略。然而，該類體異質結光伏器件的研究工作都限制在研究單邊的共混，要么是活性材料與電子傳輸材料共混要么是活性材料與空穴傳輸材料共混。很少研究涉及到同時將活性材料與電子以及空穴傳輸材料共混的雙邊體異質結共混結構。

【成果簡介】

近日，吉林大學楊柏教授和東北師范大學孫海珠教授（共同通訊作者）等在Adv. Energy Mater.上發表了一篇名為“Aqueous-Processed Polymer/Nanocrystal Hybrid Solar Cells with Double-Side Bulk Heterojunction”的文章。該研究成功制備了TiO₂-CdTe-PPV型雙邊體異質結水系太陽能電池，將效率成功提高到6%，是該類太陽能電池的最高效率。

【圖文簡介】

圖1：單邊體異質結與雙邊體異質結器件結構及其對應的效率

(a, b). 單邊體異質結器件結構與雙邊體異質結器件；

(c). 單邊體異質結器件結構與雙邊體異質結器件的J-V曲線。

圖2：形貌表征

(a-c). TiO2納米晶、CdTe、TiO2:CdTe薄膜的TEM圖；

(d-f). TiO2: CdTe薄膜、元素Cd、Ti的TEM元素mapping；

(g-h). CdTe、TiO2:CdTe薄膜的AFM圖。

圖3：性能表征

(a-d). 單邊體異質結器件結構與雙邊體異質結器件的Jph-Vin曲線、EQE和IQE曲線、暗態C-V曲線和TPV曲線。

圖4：歷年該類器件性能比較分析

從2005年開始到目前為止，水溶液制備的太陽能電池的效率發展趨勢。

【小結】

在該研究成功地制備出了雙邊體異質結水系太陽能電池，該器件效率打破了傳統單邊體異質結的5.5%的效率，突破到6%。研究者認為這種雙邊體異質結結構不僅可以應用于水系太陽能電池上，而且在有機太陽能電池、量子點太陽能電池，鈣鈦礦太陽能電池也能發揮有效作用。

文獻鏈接：Aqueous-Processed Polymer/Nanocrystal Hybrid Solar Cells with Double-Side Bulk Heterojunction （Adv. Energy. Mater, DOI：10.1002/aenm.201701966, 2017）

本文由材料人編輯部新能源學術組金也供稿，材料牛編輯整理。

材料人網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

投稿以及內容合作可加編輯微信：RDD-2011-CHERISH，任丹丹，我們會邀請各位老師加入專家群。

材料測試、數據分析，上測試谷！