合金調控碳電極功函數改善無機鈣鈦礦太陽能電池的電荷提取

2021-01-13 OFweek維科網

【引言】

近年來，基於CsPbBr3吸光層的全無機鈣鈦礦太陽能電池（PSC）由於其優異的化學穩定性和低成本得到了研究者的密切關注，其光電轉換效率也持續走高，不斷刷新紀錄。研究發現，無機PSC器件的電荷提取能力對光電轉換效率的提升具有關鍵作用。經典無機PSC器件採用CsPbBr3薄膜為吸光層，其價帶能級為－5．6 eV，與碳電極的功函數－5．0 eV產生的0．6 eV的能量差致使電荷提取困難並限制光伏性能的提升。因此，如何實現高效電荷提取是全無機PSC領域的研究熱點之一。

【成果簡介】

近日，暨南大學新能源技術研究院唐群委教授（通訊作者）設計了一種PtNi合金調控碳背電極功函數的全無機PSC器件，利用PtNi合金摻雜比例調控背電極功函數與CsPbBr3價帶能級的匹配度，有效提高了電子－空穴的分離效率，並最終獲得了7．85％的光電轉換效率。此外，器件在25℃的室溫和80％的相對溼度下保存20餘天，光伏性能仍能保持穩定。通過調控背電極功函數改善電荷提取為極大提升無機PSC的光電轉換效率提供了新的思路。相關成果以「Alloy－Controlled Work Function for Enhanced Charge Extraction in All－Inorganic CsPbBr3 Perovskite Solar Cells」為標題發表在ChemSusChem雜誌上。

【圖文簡介】

圖1．全無機PSC的器件結構和PtNi合金的形貌

（a） 全無機PSC的器件結構示意圖。

（b） 全無機PSC的SEM斷面圖。

（c） 無機CsPbBr3的晶體結構。

（d）－（e） PtNi合金的形貌。

圖2． 全無機PSC器件的光伏性能及PtNi合金的功函數

（a） 不同PtNi合金修飾的全無機PSC器件的J－V曲線。

（b） 全無機PSC的IPCE圖譜。

（c）－（f） PtNi合金摻雜碳電極的功函數圖譜。

（g） 全無機PSC的能級結構和電荷傳輸示意圖。

圖3． 全無機PSC的電荷提取性能

（a）－（b） 全無機PSC器件的複合電流和複合電壓。

（c） 電池器件的PL圖譜。

（d） 電池器件的瞬態螢光光譜。

圖4． 電池性能及穩定性

（a） 碳量子點界面修飾的全無機PSC的J－V曲線。

（b） 碳量子點界面修飾的全無機PSC的IPCE。

（c） 全無機PSC的20天穩定性（80％ RH， 25oC）。

【小結】

研究人員利用合金調控碳背電極的功函數改善了全無機PSC器件的電子－空穴提取過程，通過優化能級結構，獲得了7．85％的光電轉換效率，並探討不同合金比例對電池性能的影響。這項工作對於進一步調高電荷提取能力提供了新思路。

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