Adv. Energy Mater.：將MOF摻雜到空穴傳輸層中用于提高鈣鈦礦太陽電池的效率

一葉知秋 6年前 (2018-01-15) 3825瀏覽

【引言】

有機-無機雜化鈣鈦礦太陽電池作為一項有前景的技術已經受到廣泛關注。基于TiO₂介孔結構的鈣鈦礦太陽電池的能量轉化效率已經從3.8%提高到22.1%。然而，需要注意的的是TiO₂能夠誘導紫外光照射下鈣鈦礦吸收層的降解。為了解決這個問題，在不影響鈣鈦礦吸收的前提下，使用紫外光吸收材料應該是一個簡單而有效的方法。與此同時，這種材料能夠發射出可見光，可以提高相應器件的能量轉化效率。此外，光散射也可以有效地提高光的吸收。因此，將具有紫外光吸收和光散射性能的材料應用到太陽電池中是非常有意義的。另一方面，空穴傳輸層中的細孔導致金屬電極、濕度和氧氣可以滲透到空穴傳輸層或者鈣鈦礦吸收層的內部結構中。著可以通過應用緩沖層得以解決。然而，嵌入一個新層會使制備過程復雜化。金屬有機框架被廣泛應用于各個領域。然而，金屬有機框架還未被用于增強光響應和緩解金屬電極的滲透。

【成果簡介】

近日，哈爾濱工業大學2014級博士生李夢茹和青年教師夏德斌（共同一作），楊玉林教授和范瑞清教授（通訊作者）在Adv. Energy Mater.上發表最新研究成果“Doping of [In₂(phen)₃Cl₆]·CH₃CN·2H₂O Indium-Based Metal–Organic Framework into Hole Transport Layer for Enhancing Perovskite Solar Cell Efficiencies”。在該文中，研究者首次將MOF摻雜到鈣鈦礦太陽電池的空穴傳輸層中，使太陽電池的效率從12.8%提高到15.8%。該研究有利于增強光吸收和避免細孔的形成。

【圖文導讀】

圖1 In2的三位結構

圖2 光伏器件的紫外可見漫反射光譜

圖3空穴傳輸層/鈣鈦礦層的光學性質分析

（a）In2的紫外可見吸收光譜和光致發光光譜

（b）空穴傳輸層/鈣鈦礦層的紫外可見吸收光譜

（c）In2的UPS圖

（d）鈣鈦礦太陽電池的能級示意圖

圖4 形貌分析

（a）HTM的SEM圖

（b）HTM/In2的SEM圖

（c）HTM的AFM圖

（d）HTM/In2的AFM圖

（e）HTM的SEM截面圖

（f）HTM/In2的SEM截面圖

圖5 薄膜的TRPL分析

圖6 器件的光伏性能分析

（a）J-V曲線

（b）黑暗條件下的J-V曲線

（c）阻抗圖

（d）IPCE圖

圖7 器件的表面光伏光譜

圖8 接觸角測試

（a）HTM

（b）HTM/In2

【小結】

在這項工作中，研究者發現，In2的加入太陽電池的光伏性能，是效率從12.8%提高到15.8%。該研究證明了MOFs可以提高鈣鈦礦電池的效率和穩定性。

文獻鏈接： Doping of [In₂(phen)₃Cl₆]·CH₃CN·2H₂O Indium-Based Metal–Organic Framework into Hole Transport Layer for Enhancing Perovskite Solar Cell Efficiencies（Adv. Energy Mater.，2017，10.1002/aenm.201702052）

本文由材料人編輯部新能源小組馬永超編譯整理，點我加入材料人編輯部。

材料測試，數據分析，上測試谷

【團隊介紹】

（1）團隊由楊玉林教授、范瑞清教授、林凱峰教授、和青年教師夏德斌、王平組成；在校博士生30余人。研究興趣：鈣鈦礦和染料敏化太陽能電池新材料與器件、金屬有機熒光材料、共軛光電分子設計合成等。實驗室400余平方米，配備有材料合成裝置、美國Newports光電測試系統1套、表面光電壓譜儀、Edinburgh時間分辨熒光光譜儀、Gamry電化學工作站、傅里葉紅外光譜儀、固體紫外-可見光譜儀等儀器設備十余臺（套）。

楊玉林教授主頁：http://homepage.hit.edu.cn/pages/yangyulin

范瑞清教授主頁：http://homepage.hit.edu.cn/pages/fanruiqing

（2）團隊近年來在該領域工作匯總：

團隊近年來在Angew, J. Mater. Chem. A, ACS Appl. Mater. Interfaces., Chem Comm, ChemSusChem, Nanoscales, J. Power Sources, Inorg. Chem. 等期刊發表SCI文章70余篇。