暨南大學唐群委團隊Solar RRL：全無機CsPbBr3鈣鈦礦太陽電池獲得10.6%的光電轉換效率和1.61V的開路電壓

【引言】

全無機CsPbBr₃鈣鈦礦太陽能電池（PSC）因在高溫、高濕、紫外光照環境下具有優異的穩定性而成為太陽能光伏發電領域的前沿技術，但其光電轉換效率仍然較低。究其原因，CsPbBr₃的窄光譜吸收、介孔TiO₂的低載流子遷移率以及界面電荷復合等都已成為限制光伏性能進一步提升的重要因素。因此，拓寬光譜響應范圍、開發高載流子遷移率的電子傳輸層、通過界面工程加快界面電荷提取是本領域亟需解決的關鍵科學問題。暨南大學新能源技術研究院唐群委教授團隊圍繞以上問題開展了CsPbBr₃的多步液相制備、界面工程、組分工程、光譜工程等系統研究，相關成果已發表在Angewandte Chemie International Edition?(2018, 57, 3787-3791; 2018, 57, 5746-5749)、Advanced Energy Materials (2018, 8, 1802346)、Small?(2018, 14, 1704443)等刊物上。

【成果簡介】

近日，該團隊又在Solar RRL雜志發表 “Using SnO₂?QDs and CsMBr₃?(M=Sn, Bi, Cu) QDs as Charge-Transporting Materials for 10.6%-Efficiency All-Inorganic CsPbBr₃?Perovskite Solar Cells with an Ultrahigh Open-Circuit Voltage of 1.610 V”的論文。趙媛媛博士為論文的第一作者，唐群委教授為論文的唯一通訊作者。

該工作采用低溫溶液法合成了SnO₂?QDs溶液，并通過控制反應時間調控量子點的能帶結構。采用SnO₂?QDs作為電子傳輸材料不僅改善了電子提取和遷移性能，又賦予電子傳輸層（ETL）增透效應，提高了CsPbBr₃層的光照強度。同時該工作還通過熱注入法制備了能級匹配的CsMBr₃?(M = Sn、Bi、Cu) QDs用作界面修飾材料，有效地提高了空穴提取能力，抑制了電荷復合。該工作制備的FTO/SnO₂?QDs/CsPbBr₃/CsMBr₃?QDs/carbon器件在標準太陽光照下獲得了10.60%的光電轉換效率和1.610 V的開路電壓，這是目前CsPbBr₃基全無機鈣鈦礦太陽能電池公開報道最高的效率和電壓記錄。

【圖文簡介】

圖一 SnO₂?QDs及薄膜的相關表征

（A）FTO/ETL的透光光譜曲線；?

（B）SnO₂?QDs ETL的表面SEM圖；?

（C）SnO₂?QDs ETL的斷面SEM圖；

（D）SnO₂?QDs的HRTEM圖；

圖二 基于SnO₂?QDs的全無機CsPbBr₃鈣鈦礦太陽電池的光伏性能表征

（A）全無機CsPbBr₃鈣鈦礦太陽電池的結構斷面圖。

（B）全無機CsPbBr₃鈣鈦礦太陽電池的能級結構和電荷傳輸。

（C）全無機CsPbBr₃鈣鈦礦太陽電池的J-V曲線。

（D）全無機CsPbBr₃鈣鈦礦太陽電池的IPCE曲線。

（E）全無機鈣鈦礦太陽電池的PL圖譜

（F）全無機鈣鈦礦太陽電池的瞬態熒光光譜。

圖三 CsMBr₃?(M = Sn、Bi、Cu) QDs的相關表征

(A) CsSnBr₃, (F) CsBi_2/3Br₃, (K) CsCuBr₃?QDs溶液的數碼照片。

(B) CsSnBr₃, (G) CsBi_2/3Br₃, (L) CsCuBr₃?QDs溶液的發光特性。

(C-E) CsSnBr₃, (H-J) CsBi_2/3Br₃, (M-O) CsCuBr₃?QDs的TEM及HRTEM圖。

(P)?CsPbBr₃/CsSnBr₃,?(Q) CsPbBr₃/CsBi_2/3Br₃, (R) CsPbBr₃/CsCuBr₃薄膜的元素分布圖。

(S) FTO/SQE36/CsPbBr₃/CsMBr₃?(M = Sn, Bi, Cu) QDs的XRD圖譜。

圖四 基于SnO₂?QDs和CsMBr₃?(M = Sn、Bi、Cu) QDs的全無機鈣鈦礦太陽電池

（A）CsSnBr₃, CsBi_2/3Br₃?and CsCuBr₃?QDs的PL發射譜。

（B）全無機CsPbBr₃鈣鈦礦太陽電池的J-V?曲線。

（C）全無機CsPbBr₃鈣鈦礦太陽電池的能級結構和電荷傳輸。

（D）全無機CsPbBr₃鈣鈦礦太陽電池的穩態輸出。

（E）器件在RH = 80%，T = 25 ^oC下的穩定性。

（F）器件在RH = 0%，T = 80 ^oC下的穩定性。

相關文獻鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/solr.201800284

本文由暨南大學唐群委團隊供稿，材料人編輯部編輯。

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