暨南大學唐群委Small：無機鈣鈦礦太陽能電池可簡化的僅剩下CsPbBr3層

【引言】

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

文章鏈接：Jialong Duan, Yuanyuan Zhao, Benlin He, Qunwei Tang*, Simplified Perovskite Solar Cell with 4.1% Efficiency Employing Inorganic CsPbBr3 as Light Absorber, Small, 2018, doi: 10.1002/smll.201704443.

感謝暨南大學新能源技術研究院唐群委教授供稿！

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