華東理工大學新型太陽能電池關鍵材料研究獲進展

【成果簡介】

新型太陽能電池關鍵材料一直是清潔能源領域的研究熱點。近日，華東理工大學材料科學與工程學院侯宇博士在新型太陽能電池關鍵材料方面的研究取得新進展。該團隊采用低溫化學浴沉積方法，制備了排列規整的In₂S₃納米片陣列，并將其首次應用于鈣鈦礦太陽電池ETL的結構設計中，相關研究成果日前發表于Nano Energy。

【圖文導讀】

圖1 In₂S₃納米片陣列示意圖

（A）In₂S₃納米片陣列的SEM圖像；

（B）In₂S₃納米片陣列在高分辨率下的TEM圖像，插圖顯示了晶面間距的晶格條紋；

（C）典型PSC的裝置架構；

（D）PSC示意圖，顯示了光電子和空穴的分離和轉運。

圖2 In₂S₃納米片應用于鈣鈦礦太陽電池ETL結構設計中的實驗結果

（A）不同反應時間下，基于In₂S₃ ETLs的PSC的電流密度—電壓（J-V）曲線，所有測試均在模擬的AM 1.5 G太陽輻射下進行；

（B）鈣鈦礦涂層In₂S₃ ETL薄膜在FTO基板上的吸收光譜；

（C）不同In₂S₃ ETLs鈣鈦礦太陽能電池的EQE光譜；

（D）不同反應時間下鈣鈦礦涂層In₂S₃ ETL室溫下的光致發光（PL）光譜（在406.8nm激發）。

【研究內容】

鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）由于其能量轉換效率高、成本低廉和制備工藝簡單等優點，引起了科研工作者的廣泛關注。電子傳輸層（ETL）作為鈣鈦礦太陽能電池的重要組件之一，可以選擇性傳輸光生電子，抑制載流子復合，對電池能量轉換效率的提高具有重要意義。針對目前傳統ETL材料與鈣鈦礦層本征電子遷移率不匹配這一關鍵問題，侯宇博士在研究中采用低溫化學浴沉積方法，制備了排列規整的In2S3納米片陣列，并將其首次應用于鈣鈦礦太陽電池ETL的結構設計中。

據介紹，研究人員借助時間分辨光致發光光譜技術，探究了PSCs中電荷傳輸的動力學行為，基于硫化銦的PSCs室溫光致發光淬滅現象明顯，規整的納米片陣列結構可以有效收集和傳輸來自鈣鈦礦光吸收層中的電子，使得電子空穴壽命更短，加速了鈣鈦礦材料中光生載流子的分離。此外，硫化銦ETL更為匹配的能帶結構以及更高的本征電子遷移率，能夠進一步抑制電子的“逆向”傳輸，降低載流子復合機率，從而使得電池器件的短路電流密度、開路電壓以及填充因子均得到提升。基于硫化銦ETL的電池能量轉換效率達到18.22%，較基于傳統ETL的鈣鈦礦太陽電池提高了16%。

專家認為，這項研究成果為不同過渡金屬硫化物ETL材料的設計建立了新策略，同時也為研究PSCs的低溫處理和制備提供了新方法，實現了鈣鈦礦太陽電池新型電子傳輸材料研究方面的新進展。

原文鏈接 ：http://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/20175510552270043847.shtm。

文獻鏈接 ：Low-temperature processed In2S3 electron transport layer for efficient hybrid perovskite solar cells。

本文由材料人編輯部王冰編輯，點我加入材料人編輯部。

材料測試，數據分析，上測試谷。