Energ. Environ. Sci. 陜師大&大連化物所鈣鈦礦太陽能電池新進展：表面優化去滯后效率創紀錄

【引言】

有機金屬鹵化物鈣鈦礦具有優異的性能，如吸收系數大、載流子擴散長度長、激子結合能小以及異常低的缺陷敏感性，是作為太陽能光伏、光電，以及包括光電探測器、光發射、激光器等光電應用程序在內的理想替代品，已經吸引了各國學者的廣泛關注。

通常，多數高效鈣鈦礦太陽能光伏采用介觀結構，但其復雜的結構需要在高溫下進行加工，不僅增加了制造成本，也限制了其應用。比如平面鈣鈦礦太陽能電池（PSCs），其相比介孔結構，面臨兩個主要挑戰：（1）PSCs的最高能量轉換效率（PCE）遠低于介觀結構太陽能光伏；（2）當在不同掃描方向進行測量時，PSCs中光電流密度-電壓（J-V）常常存在令人厭煩的滯后現象，使得精確的效率測量備受挑戰。

【成果簡介】

活性鈣鈦礦與陰極之間的電子傳遞層（ETL）在平面鈣鈦礦太陽能電池中起著至關重要的作用。近日，由陜西師范大學劉生忠教授（通訊作者，國家“千人計劃”特聘教授）和中科院大連化學物理研究所李燦研究員（通訊作者，中科院院士）領導的研究團隊，采用一種高光透性、優越電子遷移率的特殊離子液體（IL），通過其對TiO2 ETL的表面優化，使得太陽能電池的效率得到大幅改善，高達19.62%（此前獲得過認證的為19.42%），超過了以往平面CH3NH3PbI3鈣鈦礦太陽能電池的最高效率。而且，令人驚奇的是，糟糕的滯后現象被徹底消除。

【圖文導讀】

圖1 TiO2和m-TiO2的微觀結構與光譜圖

（a）原子力顯微鏡（AFM）圖

（b）TiO2和m-TiO2樣品的X射線光電子能譜（XPS），左上方插圖為高分辨率XPS Ti2p光譜

（c）TiO2和m-TiO2的電子遷移率

（d）TiO2和m-TiO2膜的投射光譜

圖2 鈣鈦礦太陽能電池的特性

（a）鈣鈦礦太陽能電池（PSC）能級說明示意圖

（b）PSC設備的橫截面SEM的典型代表圖

（c）反向與正向掃描的J-V特性曲線

（d）基于不同電子傳遞層（ETLs）最好設備的對應外部量子效率（EQE）

（e）使用TiO2和m-TiO2 ETLs的PSCs能量轉換效率分布直方圖

（f）對應Vmp為82V和0.92V時TiO2和m-TiO2設備光電流密度與時間的關系

圖3 TiO2和m-TiO2基底PSCs的性能

（a）單電子設備暗I-V測量展示了V_TFL（陷阱填充極限電壓）的扭節點行為，插圖為設備結構

（b,c）分別為使用TiO2和m-TiO2基底PSCs光強度與Jsc（短路電流密度）和Voc（開路電壓）的關系

圖4 鈣鈦礦太陽能電池性能曲線

（a）鈣鈦礦薄膜中不同基底光致發光（PL）曲線

（b）不同ETLs 鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的電子抗光譜（EIS）

文獻鏈接：Surface optimization to eliminate hysteresis for record efficiency planar perovskite solar cells（Energ. Environ. Sci.，2016，DOI: 10.1039/C6EE02139E）

本文由材料人編輯部新能源特別行動組mike713供稿，點我加入編輯部。

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