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科研進展

方國家課題組在全高溫過程SnO2及鈣鈦礦太陽電池研究領域取得重要進展(AFM)

來源:MG娱乐官网  發布時間:2018-01-23 08:18:14 點擊次數:

近年來,有機無機雜化MAPbX3 (X=Cl, Br和I)鈣鈦礦材料由于其卓越的光電性能而受到廣泛關注。鈣鈦礦太陽能電池因其效率高、成本低而受到廣泛專注。短短數年之間,光電轉換效率已經從2009年報道的3.8%迅速提高到了22.1%。

二氧化錫(SnO2)是一種很有希望的電子傳輸層材料,它在平面結構和多孔結構鈣鈦礦電池中都有重要應用。SnO2具有很多優點:比如其電子遷移率可高達240 cm2/V·s;帶隙很寬接近4.0 eV;透光性好;對鈣鈦礦吸光材料的光催化分解作用小且化學穩定性好。多孔鈣鈦礦電池比平面鈣鈦礦電池的回滯小且穩定性好,這使得多孔SnO2鈣鈦礦電池的研究顯得非常重要。但是,多孔SnO2鈣鈦礦電池(特別是以高溫過程制備的全SnO2為致密層和多孔層的鈣鈦礦電池)的發展并不順利。至目前為止,只有少數小組報道了高溫全SnO2致密層和多孔層材料及相應的多孔鈣鈦礦電池,且電池最高轉換效率僅為11.6%,這比平面結構的SnO2鈣鈦礦電池的令人矚目的21%能量轉換效率低太多。多孔高溫SnO2鈣鈦礦電池能量轉換效率低的原因是因為在制備多孔SnO2過程中,常常需要對多孔SnO2進行高溫處理,以去除多孔層里面所含的有機物以獲得好的結晶性。而高溫處理過程往往使SnO2致密層的性能變差,最終拉低了整個電池的性能。在這種情況下,要得到高性能的多孔SnO2鈣鈦礦電池,至關重要的問題是研發出可承受高溫處理的高質量SnO2致密層。

武漢大學方國家教授課題組的研究人員針對這些問題,研制了一種寬帶隙MgO摻雜的SnO2量子點作為致密層(或稱空穴阻擋層)。即使通過高溫(500oC)過程的熱處理仍然可以得到高質量的SnO2致密層,其相應的平面結構鈣鈦礦電池的效率接近17%。然后,研究人員采用該鎂摻雜的量子點SnO2薄膜作為致密層,用一層非常薄的高溫納米SnO2作為多孔層(500oC熱處理),再用由大顆粒的鈣鈦礦材料作為光吸收層來裝配多孔SnO2鈣鈦礦電池。這種采用全高溫SnO2材料作為空穴阻擋層和多孔層的電池結構大大提高了高溫過程SnO2鈣鈦礦電池的電子抽取效率,改善了穩定性和抑制了其I-V曲線回滯效應,使得電池性能得到大幅度提升,最高效率達到了19.2%。因此,Mg摻雜量子點SnO2薄膜的研制成功為高溫過程光伏器件中電子傳輸層的研制和應用提供了新思路。

該成果以《使用全高溫SnO2空穴阻擋層和多孔支架層增強鈣鈦礦電池性能》“Fully high temperature processed SnO2as blocking layer and scaffold for efficient, stable and hysteresis-free mesoporous perovskite solar cells”為題發表在Wiley出版社的Advanced Functional Materials(2018, 1706276)上。文章署名第一單位為MG娱乐官网,第一作者為熊良斌博士后。

該工作得到科技部863計劃和國家自然科學基金的支持!

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