无机钙钛矿太阳能电池可简化的仅剩下CsPbBr3层

钙钛矿太阳能电池由于具有较高的光电转换效率（＞ 22．7％），被研究人员认为是近年来最有希望解决能源问题的途径之一。然而，传统有机－无机杂化钙钛矿吸光材料的稳定性却成为其商业化的最大障碍。为此，研究人员尝试开发新型的钙钛矿结构吸光剂。其中，具有钙钛矿结构的CsPbBr3表现出非常优异的光学、热学和化学稳定性，是一种较为理想的电池材料，目前已通过技术优化、界面优化等方式将电池效率提升至13％以上。但该类电池仍存在一定的问题首先，传统的二氧化钛电子传输层不仅需要较高的煅烧温度，不利于柔性器件的制备，而且在紫外光照射条件下会对钙钛矿材料具有严重的降解作用；其次，目前常用的空穴传输层中吸湿性添加剂的存在也会降低电池的稳定，增加生产成本，不利用电池的商业化进程。因此，如何改善CsPbBr3无机钙钛矿太阳能电池的制备过程，降低制备温度以及生产成本是目前急需解决的问题之一。

成果简介

近日，暨南大学新能源技术研究院唐群委教授（通讯作者）构建了一种简化的无机钙钛矿电池器件，其基本结构为FTO／CsPbBr3／Carbon。研究人员避免了传统电子传输层以及空穴传输层的使用，简化了电池的结构以及制备过程，同时该结构的电池器件在标准光强下获得2．35％的光电转换效率。与传统的电池结构相比，该器件的性能较低，其主要原因可以归结为界面间的能级差较大，电荷提取能力较弱，造成严重的界面电荷复合现象。为此，研究人员进一步利用石墨烯量子点和CsPbBrI2钙钛矿量子点进行界面修饰，将电池效率提升至4．1％。相关成果以题为“Simplified Perovskite Solar Cell with 4．1％－Efficiency Employing Inorganic CsPbBr3 as Light Absorber”发表在Small杂志上。

图文简介

图一 电池器件的组装过程以及相关的表征

（a）CsPbBr3的制备过程；

（b）PbBr2和CsPbBr3薄膜的表面形貌；

（c）无机钙钛矿电池的SEM断面图和能级图；

（d）CsPbBr3的紫外吸收曲线；

（e）CsPbBr3的带隙计算；

（f）CsPbBr3的XRD图谱；

图二 电池器件的光伏性能表征

（a）不同电池结构的J－V曲线；

（b）不同电池结构的IPCE曲线；

（c）不同电池结构的稳态输出曲线；

（d）电池的效率分布；

图三 电子复合表征

（a）量子点修饰前后钙钛矿薄膜的稳态PL测试；

（b）量子点修饰前后钙钛矿薄膜时间分辨荧光光谱；

（c）短路电流密度与光强的关系曲线；

（d）开路电压与光强的关系曲线；

图四 电池的稳定性能