蘇州大學馬萬里Joule: 聚合物空穴傳輸材料用于超低能量損失的α-CsPbI3鈣鈦礦納米晶太陽能電池

【引言】

由于科學家在高效有機-無機鹵化物鈣鈦礦太陽能電池開發中的努力，這個領域得到了快速的發展。憑借其較高的吸光系數、較低的激子結合能和長電荷載體擴散長度，鈣鈦礦太陽能電池在過去的八年中以前所未有的速度發展，能量轉化效率可達23%。

限制鈣鈦礦太陽能電池商業化進程的重要原因是其在環境中的不穩定性，比如MAPbI₃可在水份的存在下分解成PbI₂和CH₃NHI₃。為了解決這個問題，研究目光集中在更穩定的無機鈣鈦礦太陽能電池上，比如CsPbI₃。立方CsPbI₃的相轉化溫度高達350℃，當放置在外界環境中時，其會轉化為正交晶相。許多種方法被開發用于穩定立方晶型，然而這些方法在溶液-薄膜的結晶過程中需要精確控制。近來，鈣鈦礦量子點太陽能電池在解決穩定的問題上吸引了廣大的注意。

【成果簡介】

近日，蘇州大學馬萬里教授團隊（通訊作者）和張橋教授合作(通訊作者)報導了一種可進行低溫溶液加工的、在大氣環境中制備的全無機鈣鈦礦納米晶體太陽能電池。CsPbI₃鈣鈦礦量子點太陽能電池擁有接近13%的效率，在無摻雜的聚合物空穴傳輸材料使用中，具有極低的能量損失。這種CsPbI₃量子點太陽能電池利用聚合物空穴傳輸材料，在聚合物空穴傳輸材料和量子點界面可獲得有效的電荷分離，以及有效地避免器件不穩定。這個工作對未來鈣鈦礦量子點在太陽能電池上的應用會有很大的幫助。該成果以題為"Band-Aligned Polymeric Hole Transport Materials for Extremely Low Energy Loss α-CsPbI3 Perovskite Nanocrystal Solar Cells"發表在Joule上。

【圖文導讀】

Figure 1.材料和量子點太陽能電池器件

(a).器件結構和截面SEM圖

(b).空穴傳輸材料化學結構

(c).MeOAc處理過的CsPbI₃量子點和共軛聚合物能級

Figure 2.CsPbI₃量子點太陽能電池的器件性能

圖3.CsPbI₃量子點晶體和組份信息

(a).CsPbI₃量子點薄膜的2D GIWAXS圖案

(b).用飽和Pb(NO₃)₂，MeOAc溶液處理過的CsPbI₃量子點薄膜的2D GIWAXS圖案

(c).2D GIWAXS的垂直方向一維積分曲線

(d).CsPbI₃量子點薄膜和處理過后的CsPbI₃量子點薄膜的Cs和Pb XPS圖

圖4.?CsPbI₃量子點薄膜的時間分辨激光共聚焦成像

(a).CsPbI₃量子點薄膜，和頂部有spiro-OMeTAD、P3HT、PTB7的CsPbI₃量子點薄膜的光致發光結果

(b).CsPbI₃量子點薄膜，和頂部有spiro-OMeTAD、P3HT、PTB7的CsPbI₃量子點薄膜的壽命成像

(c).每一種樣品二維壽命成像的直方圖

(d).二維薄膜矢量圖

圖5.器件效率

(a).文獻報道的全無機鈣鈦礦電池PCE和鈣鈦礦活性層制備溫度變化

(b). 文獻報道的全無機鈣鈦礦電池eV_oc隨鈣鈦礦活性層E_g的變化

【小結】

在這個工作中，作者在室溫大氣條件下制備了可溶液加工的FTO/TiO₂/CsPbI₃量子點/HTM/MoO₃/Ag太陽能電池。利用傳統的共軛聚合物作為空穴傳輸層，在無需進行摻雜的條件下，基于鈣鈦礦量子點太陽能電池具有較高的器件效率和極低的能量損失。這個工作會為未來鈣鈦礦量子點在太陽能電池的器件結構設計和應用提供重要的實驗路徑。

Band-Aligned Polymeric Hole Transport Materials for Extremely Low Energy Loss α-CsPbI3 Perovskite Nanocrystal Solar Cells

(Joule, 2018, DOI: 10.1016/j.joule.2018.08.011)

本文由材料人學術組gaxy供稿，材料牛整理編輯。 ?

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