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  • 無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可簡(jiǎn)化的僅剩下CsPbBr3層

    2018-04-26 15:39:45 大云網(wǎng)  點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
    傳統(tǒng)的二氧化鈦電子傳輸層不僅需要較高的煅燒溫度,不利于柔性器件的制備,而且在紫外光照射條件下會(huì)對(duì)鈣鈦礦材料具有嚴(yán)重的降解作用;目前常用的空穴傳輸層中吸濕性添加劑的存在也會(huì)降低電池的穩(wěn)定,增加生產(chǎn)成本,不利用電池的商業(yè)化進(jìn)程。

    鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率(> 22.7%),被研究人員認(rèn)為是近年來(lái)最有希望解決能源問(wèn)題的途徑之一。然而,傳統(tǒng)有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦吸光材料的穩(wěn)定性卻成為其商業(yè)化的最大障礙。為此,研究人員嘗試開發(fā)新型的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)吸光劑。其中,具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CsPbBr3表現(xiàn)出非常優(yōu)異的光學(xué)、熱學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性,是一種較為理想的電池材料,目前已通過(guò)技術(shù)優(yōu)化、界面優(yōu)化等方式將電池效率提升至13%以上。但該類電池仍存在一定的問(wèn)題:首先,傳統(tǒng)的二氧化鈦電子傳輸層不僅需要較高的煅燒溫度,不利于柔性器件的制備,而且在紫外光照射條件下會(huì)對(duì)鈣鈦礦材料具有嚴(yán)重的降解作用;其次,目前常用的空穴傳輸層中吸濕性添加劑的存在也會(huì)降低電池的穩(wěn)定,增加生產(chǎn)成本,不利用電池的商業(yè)化進(jìn)程。因此,如何改善CsPbBr3無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備過(guò)程,降低制備溫度以及生產(chǎn)成本是目前急需解決的問(wèn)題之一。

    成果簡(jiǎn)介

    近日,暨南大學(xué)新能源技術(shù)研究院唐群委教授(通訊作者)構(gòu)建了一種簡(jiǎn)化的無(wú)機(jī)鈣鈦礦電池器件,其基本結(jié)構(gòu)為FTO/CsPbBr3/Carbon。研究人員避免了傳統(tǒng)電子傳輸層以及空穴傳輸層的使用,簡(jiǎn)化了電池的結(jié)構(gòu)以及制備過(guò)程,同時(shí)該結(jié)構(gòu)的電池器件在標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下獲得2.35%的光電轉(zhuǎn)換效率。與傳統(tǒng)的電池結(jié)構(gòu)相比,該器件的性能較低,其主要原因可以歸結(jié)為:界面間的能級(jí)差較大,電荷提取能力較弱,造成嚴(yán)重的界面電荷復(fù)合現(xiàn)象。為此,研究人員進(jìn)一步利用石墨烯量子點(diǎn)和CsPbBrI2鈣鈦礦量子點(diǎn)進(jìn)行界面修飾,將電池效率提升至4.1%。相關(guān)成果以題為“Simplified Perovskite Solar Cell with 4.1%-Efficiency Employing Inorganic CsPbBr3 as Light Absorber”發(fā)表在Small雜志上。

    圖文簡(jiǎn)介

    圖一 電池器件的組裝過(guò)程以及相關(guān)的表征

    無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可簡(jiǎn)化的僅剩下CsPbBr3層

    (a)CsPbBr3的制備過(guò)程;

    (b)PbBr2和CsPbBr3薄膜的表面形貌;

    (c)無(wú)機(jī)鈣鈦礦電池的SEM斷面圖和能級(jí)圖;

    (d)CsPbBr3的紫外吸收曲線;

    (e)CsPbBr3的帶隙計(jì)算;

    (f)CsPbBr3的XRD圖譜;

    圖二 電池器件的光伏性能表征

    無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可簡(jiǎn)化的僅剩下CsPbBr3層

    (a)不同電池結(jié)構(gòu)的J-V曲線;

    (b)不同電池結(jié)構(gòu)的IPCE曲線;

    (c)不同電池結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)輸出曲線;

    (d)電池的效率分布;

    圖三 電子復(fù)合表征

    無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可簡(jiǎn)化的僅剩下CsPbBr3層

    (a)量子點(diǎn)修飾前后鈣鈦礦薄膜的穩(wěn)態(tài)PL測(cè)試;

    (b)量子點(diǎn)修飾前后鈣鈦礦薄膜時(shí)間分辨熒光光譜;

    (c)短路電流密度與光強(qiáng)的關(guān)系曲線;

    (d)開路電壓與光強(qiáng)的關(guān)系曲線;

    圖四 電池的穩(wěn)定性能

    無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可簡(jiǎn)化的僅剩下CsPbBr3層

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    責(zé)任編輯:蔣桂云

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