JACS:穩定性超好的無機鈣鈦礦太陽能電池

【引言】

有機無機雜化型鈣鈦礦太陽能電池創造了光伏器件領域的神話，但穩定性差一直是科學工作者的挑戰性難題，這主要是雜化鈣鈦礦層和空穴傳輸層的有機添加劑在潮濕條件下不穩定造成的。為了避免潮解大家都選擇在手套箱中制作鈣鈦礦太陽能電池，未來人們需要一種耐潮濕、適應溫度范圍寬且價格較低廉的鈣鈦礦異質結和空穴傳輸層材料。

【成果簡介】

為了解決鈣鈦礦太陽能電池中有機物不穩定的難題，南京大學金鐘教授和美國杜克大學Jie Liu教授（共同通訊作者）課題組成功制造了一種全無機的鈣鈦礦太陽能電池，性能超穩定而且成本低廉，而且不需要在手套箱中操作。未封裝時在90-95%的相對濕度下存放3個月性能不衰減，可以忍受-22~100℃溫度范圍。由于不存在價格昂貴的HTMs和貴金屬電極，器件成本也大大降低。雖然第一代無機鈣鈦礦太陽能電池效率只能達到6.7%，但給解決鈣鈦礦太陽能電池穩定性難題推開了一扇希望之門。

[致歉：很抱歉，未能找到通訊作者Jie Liu的確切中文名字，小編表示誠摯的歉意！]

【圖文導讀】

圖1.全無機鈣鈦礦太陽能電池模擬及表征圖

1. CsPbBr₃/C基的全無機鈣鈦礦太陽能電池界面圖，從下往上分別是FTO/C-TiO₂/m-TiO₂/CsPbBr₃/C.

2. FTO, TiO₂, CsPbBr₃, 和碳材料層的能級差異圖

3. CsPbBr₃的鈣鈦礦晶格結構圖

4.?沒有碳材料層時的XRD衍射圖，圖中分別是CsPbBr₃、FTO、TiO₂的衍射峰

5.?可見光吸收光譜圖

6. CsPbBr₃層的(Ahv)² -(hv)曲線，測得CsPbBr₃的光禁帶約為2.3eV

?圖2.CsPbBr₃/C基的全無機鈣鈦礦太陽能電池的SEM表征圖

1.TiO₂和碳電極之間的鈣鈦礦層最薄為600nm，刮刀涂布的碳電極層最薄為900nm

2.?全無機CsPbBr₃鈣鈦礦層的SEM照片

3.?同時作為空穴傳輸和對電極的碳材料的SEM照片，碳納米顆粒平均粒徑在80nm左右

圖3.全無機鈣鈦礦太陽能電池效率及穩定性的對比測試

1. CsPbBr₃/C基的全無機鈣鈦礦太陽能電池J-V曲線測試圖，插圖中是相應的光電參數

2.?制作的40個未封裝全無機鈣鈦礦太陽能電池樣品能量轉化效率統計直方圖

3.?在90-95%相對濕度下未封裝全無機鈣鈦礦太陽能電池與有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池穩定性比較圖

4.?加熱到100℃條件下的穩定性比較圖

5.?高濕度且溫度循環變化條件下的穩定性對比圖

?圖4.大面積的器件性能測試

1. 1cm²的全無機鈣鈦礦太陽能在正向和反向掃描模式下所測得的J-V曲線

2.?外部量子效率和電流密度測量圖

【展望】
在硅基太陽能電池效率大幅增長希望渺茫時，有機無機雜化的鈣鈦礦太陽能電池短時間內效率的迅猛增漲給人們帶來新的希望，然而效率卻極其不穩定。本文獻報道全無機鈣鈦礦太陽能電池使效率穩定到可實際應用的范圍，隨著研究進一步深入，相信鈣鈦礦太陽能電池的產業化時代即將到來。

文獻鏈接：All-Inorganic Perovskite Solar Cells?（J. Am. Chem. Soc, 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b10227）

本文由材料人編輯部新能源學術組 YueZhou 供稿。點這里加入材料人的大家庭。參與新能源話題討論請加入“材料人新能源材料交流群 422065952”，歡迎關注微信公眾號，微信搜索“新能源前線”或掃碼關注。

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