科研人員提出椅式能帶結構調控無機鈣鈦礦材料光電性能新策略

2020-09-09 光明網

近日，中國科學院大連化學物理研究所薄膜矽太陽電池研究組研究員劉生忠團隊與陝西師範大學教授田慶文、博士王康等合作，在無機CsPbI3太陽電池研究方面取得新進展，研發出具有椅式能帶結構的無機太陽電池。

無機CsPbI3材料因其高熱穩定性、化學穩定性，以及優異的光電性能，在太陽電池領域具有應用前景。但是CsPbI3薄膜界面與本體的載流子複合會導致能量損失，從而限制該類太陽電池光電性能的提升。同時，CsPbI3電池對水汽敏感性是該材料商業化應用的又一技術瓶頸。

為了提高無機鈣鈦礦電池光電性能以及環境穩定性，研究團隊設計出一種椅式能帶結構的CsPbI3太陽電池，即在CsPbI3吸收層上表面製備CsPbI3量子點層，下表面製備苯基三甲基溴化銨（PMABr）薄層。CsPbI3量子點層能夠減少與CsPbI3微晶薄膜的晶格失配，並且作為空穴傳輸通道促進電子和空穴的分離。PMABr中的有機陽離子和Br元素的梯度摻雜，有利於CsPbI3薄膜穩定性的提升。這兩種鈍化材料不僅使CsPbI3薄膜界面的禁帶寬度增加，抑制電子和空穴對的複合速率，而且更加匹配的能級結構以及能帶的彎曲，可以促進電子和空穴對的分離與抽取。基於該策略，研究人員將CsPbI3鈣鈦礦電池的光電轉換效率提升至17.12%，開路電壓提升至1.15V，開壓損耗降低至0.53eV，這是該材料當前所報導的較高的光電性能。此外，該電池的環境穩定性也明顯提升。

相關研究成果發表在Cell Reports Physical Science上。研究工作得到國家重點研究與發展計劃、中央高校基礎研究基金、國家自然科學基金項目、111項目、長江學者創新團隊等的資助。

大連化物所提出椅式能帶結構調控無機鈣鈦礦材料光電性能新策略

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