北大又一篇Science,青千朱瑞反式钙钛矿太阳能电池新突破!
晴天 纳米人 2018-06-29

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第一作者:Deying Luo, Wenqiang Yang, Zhiping Wang

通讯作者:Rui Zhu,Henry J. Snaith,Wei Zhang

通讯单位:北京大学、牛津大学(英国)、萨里大学(英国)

 

研究亮点:

发展了一种溶液制程的二次生长技术,得到了一种改进的钙钛矿薄膜,提高了反式平面钙钛矿太阳能电池效率。


       针对开放回路电压低所导致的反式结构钙钛矿太阳能电池器件效率较低的问题,研究人员首先通过溶液制程制备得到混合阳离子混合卤化铅钙钛矿,然后进行二次生长,从而使钙钛矿薄膜顶层表面区域带宽更宽,薄膜更倾向于n型。最终实现反式平面钙钛矿太阳能电池开放回路电压的大幅提高(1.21 V),效率最高可达到21%。



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图1. 形貌和晶型对比


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图2. 光伏性能


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图3. 表面光电压和紫外光电子能谱


      值得一提的是,针对反式结构钙钛矿太阳能电池器件效率较低的问题,朱瑞研究员和龚旗煌院士所在的北京大学“极端光学创新研究团队”长期以来致力于钙钛矿薄膜形貌控制、界面调控及组分优化,从多个角度进行了全面系统地研究,近年来不断取得新的突破。


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      他们利用醋酸铅前驱体体系,先是将微量溴甲胺作为添加剂应用于钙钛矿前驱体溶液中,该策略可以有效改善钙钛矿薄膜的表面形貌,使其光学和电学性能均得到明显提升,最终,基于醋酸铅前驱体的反式平面结钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从14.26%大幅度提高至18.32%,结果发表在《Advanced Functional Materials》上,并被选为封底内页,发表后连续两个月的访问次数在该刊排名前五,也是该刊2016年度访问次数最多的文章之一(Adv. Funct. Mater., 2016, 26, 3508,博士生赵丽宸和罗德映为共同第一作者);

 

      随后,又借助界面调控,首次在钙钛矿太阳能电池领域提出了“电荷载流子平衡”的概念,并系统地研究和实现反式钙钛矿太阳能电池器件内的电荷载流子平衡,将反式钙钛矿太阳能电池光电转换效率进一步提升至接近19%,该结果发表在《Advanced Materials》上(Adv. Mater., 2016, 28, 10718,博士生陈科、胡芹和刘堂昊为共同第一作者)。

 

      之后,又进一步采用双源前驱体溶液法,在体系中引入“甲脒”有机阳离子将吸收光谱拓展至近红外区域,并结合对空穴传输层的优化,确保了电荷有效传输和收集,同时提升了器件的开路电压,最终将光电转换效率提升至20%以上,该结果发表在《Advanced Materials》上,是目前报道的基于醋酸铅前驱体体系钙钛矿太阳能电池的最高性能(Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201604758,博士生罗德映和赵丽宸为共同第一作者)。

 

      此外,他们还撰写了关于反式结构钙钛矿太阳能电池的综述文章,发表在《Advanced Energy Materials》上,对反式钙钛矿太阳能电池的发展现状进行了系统归纳,并对未来的前景进行了展望(Adv. Energy Mater., 2016, 6, 1600457,博士生刘堂昊为第一作者)。

 

参考文献:

Deying Luo, Wenqiang Yang, Zhiping Wang, Wei Zhang, Henry J. Snaith, Rui Zhu et al. Enhanced photovoltage for inverted planar heterojunction perovskite solar cells. Science 2018, 360, 1442-1446.

http://science.sciencemag.org/content/360/6396/1442

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