Adv. Mater. 北京大學在鈣鈦礦太陽能電池研究中獲得新進展
【引言】
鈣鈦礦材料具有幾乎理想的直接能隙、大的吸收系數以及高的載流子遷移速率，基于鈣鈦礦材料的上述優勢。因在高性價比方面的巨大潛力，近年，有機-無機鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）獲得了驚人的發展以及廣闊的應用前景。
目前，所報道的有機-無機鈣鈦礦太陽能電池能量轉換效率（PCE）已經超過20%，效率直追晶體硅太陽能電池。然而，大多數高性能PSCs都是基于空穴傳輸材料（HTMs）,這些材料將極大增加產品成本，限制其實際應用。為了能夠降低HTMs的成本，聚噻吩、NiO、CuSCN等低成本孔導體已經得到了應用，并且獲得了高的PCEs，但是，為之而附加的孔傳輸層（HTLs）確使成本增加。雖然，已經制備出零成本含有HTL的PSCs，然而不幸的是，其能量轉換效率不盡人意，而且其J-V曲線滯后非常嚴重。
【成果簡介】
結構和制備工藝簡單，對于低成本、高性能的鈣鈦礦太陽能電池來說至關重要。近日，由北京大學化學與分子工程學院劉志偉教授、卞祖強教授（共同通訊作者）領導的科研團隊，首次在鈣鈦礦前體處理中采用低成本無機孔導體CuSCN作為孔傳輸添加劑，并通過一步法直接旋轉涂覆CuSCN與MAPbI3-xClx（MA= CH3NH3）的混合前體溶液，成功共沉淀出孔導體和鈣鈦礦層。通過參數優化，最終獲得最大18.1%的PCE，以及零滯后的J-V曲線。
【圖文導讀】
圖1 設備結構以及層能級示意圖
（a,b）結構示意圖以及設備橫截面SEM圖
（c）設備中每層的能級示意圖
圖2 不同條件下MAPbI3-xClx膜的XRD圖譜
（a）MAPbI3-xClx膜在有、無CuSCN時的XRD圖譜
（b,c）分別為在15.8–17.0°與13.5–29.0°區間放大的XRD圖譜
圖3 不同方法測得的性能曲線
（a）鈣鈦礦層中有、無Cu SCN時，沿設備正向掃描（FS）與反向掃描（RS）的J-V曲線
（b）設備對應的光電轉換效率（IPCE）光譜
圖4 不同膜層以及不同條件下的性能曲線
（a）ITO/MAPbI3?xClx，glass/MAPbI3?xClx/C60 以及ITO/MAPbI3?xClx(CuSCN)膜的時間分辨光致發光譜（PL）衰變曲線
（b）設備在鈣鈦礦層中有、無CuSCN時的復合阻力（Rrec）
（c,d）分別為設備在鈣鈦礦層中有、無CuSCN時僅有孔與僅有電子的J-V曲線
圖5 ITO/MAPbI3?xClx膜與ITO/MAPbI3?xClx（CuSCN）膜的掃描與原子力圖像
（a）ITO/MAPbI3?xClx膜掃描圖像
（b）ITO/MAPbI3?xClx（CuSCN）膜掃描圖
（c）ITO/MAPbI3?xClx膜原子力掃描圖像
（d）ITO/MAPbI3?xClx（CuSCN）膜原子力掃描圖像
其中TO/MAPbI3?xClx膜與ITO/MAPbI3?xClx（CuSCN）膜均方根（RMS）表面粗糙度分別為16.7nm和16.6nm.
圖6 ?設備工作機制示意圖
左：鈣鈦礦層中有CuSCN； 右：鈣鈦礦層中無CuSCN。
【小結和展望】
鈣鈦礦因其優異的性能以及低廉的價格，近年來成為太陽能電池研究的熱點。結構和制備工藝簡單，對于低成本、高性能的鈣鈦礦太陽能電池來說至關重要，本文通過一步法共沉淀出孔導體和鈣鈦礦層，實現了降本的目的，并獲得了最大18.1%的PCE，以及零滯后的J-V曲線。未來，在降本的同時，提高鈣鈦礦太陽能電池的PCE仍為研究的重點！
文獻鏈接：A Strategy to Simplify the Preparation Process of Perovskite Solar Cells by Co-deposition of a Hole-Conductor and a Perovskite Layer（Adv. Mater.，2016，DOI:?10.1002/adma.201603850）
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