郭旭崗JACS：老材料新用處為鈣鈦礦太陽能電池提供空穴傳輸層

2020-09-03 知研光電材料

空穴傳輸材料(HTMS)作為鈣鈦礦太陽能電池(PVSCs)的關鍵部件，得到了廣泛的探索和研究。 為了滿足PVSCs未來商業化的要求，迫切需要能夠以低成本和環保工藝實現優異器件性能的高溫超導材料，但報導較少。

最近，南方科技大學郭旭崗教授課題組將染料敏化太陽能電池分子中廣泛使用的傳統錨鏈基團2-氰基丙烯酸(2-氰基丙烯酸)引入到D-A型HTMS中，製備了MPA-BT-CA，從而實現了對前沿分子軌道能級的有效調節、ITO電極的界面修飾、對鈣鈦礦層的有效缺陷鈍化，更重要的是實現了醇的可溶解性。 因此，採用這種低成本HTM的逆變型PVSCs具有優異的器件性能，其光電轉換效率(PCE)高達21.24%，並且在常溫下具有良好的長期穩定性。

更令人振奮的是，當用綠色溶劑乙醇處理MPA-BT-CA薄膜時，相應的PVSCs也提供了高達20.52%的PCE，且滯後可以忽略不計。 這種錨基材料的分子設計是開發高效HTMs的一大進步，它很好地結合了低成本、環保加工性能和高性能的優點。 我們相信，這種設計策略將為探索適用於PVSCs商業化的高效HTMs開闢一條新的道路。

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    雖然近年來，科研工作者通過多種手段提高鈣鈦礦太陽能電池對溼度的穩定性，但是鈣鈦礦太陽能電池的光穩定性研究較少，尤其是紫外光(<400 nm)穩定性。目前降低紫外光對鈣鈦礦的分解主要有兩種途徑：一種是將鈣鈦礦吸收的紫外光轉換成可見光；另一種是製備紫外光阻擋層，將紫外光過濾。
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    2.提高電池穩定性由於鈣鈦礦材料與生俱來的性質，其在潮溼環境和光照條件下具有較差的環境穩定性，使其容易發生分解而造成電池效率降低或失效。較差的穩定性是鈣鈦礦太陽能電池商業化道路上的巨大障礙。目前提高鈣鈦礦太陽能電池穩定性的方法包括提高鈣鈦礦材料本身的穩定性，以及使用合適的傳輸層材料使電池與外界隔絕，達到減緩材料分解的效果。
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  • 鈣鈦礦太陽能電池研究進展
    第1種是介孔結構，此結構類似於染料敏化太陽能電池，鈣鈦礦材料作為光敏化劑附著在多孔二氧化鈦（TiO2）上,其結構為透明導電玻璃/ TiO2/鈣鈦礦敏化的多孔TiO2/ H T M /電極；第2種是平面異質結薄膜結構，其結構為透明導電玻璃/TiO2/鈣鈦礦層/HTM/電極，在這種結構中，鈣鈦礦材料分離出來，既可吸收光又可傳輸電子和空穴；第3種是無空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池。
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  • 科學網—「裁剪」出鈣鈦礦太陽電池空穴傳輸材料
    中科院大連化物所「裁剪」出鈣鈦礦太陽電池空穴傳輸材料   本報訊（記者劉萬生 通訊員王旭超）中科院大連化學物理研究所研究員郭鑫和李燦院士團隊近日在鈣鈦礦太陽電池空穴傳輸材料的開發方面取得新進展，成果發表在《德國應用化學》上。
  • 鈣鈦礦太陽能電池何以成為第三代太陽能電池?
    它得名於其中的吸光層材料：一種鈣鈦礦型物質。鈣鈦礦是以俄羅斯礦物學家Perovski的名字命名的，最初單指鈦酸鈣（CaTiO3）這種礦物，後來把結構為ABX3以及與之類似的晶體統稱為鈣鈦礦物質。在今天介紹的鈣鈦礦太陽能電池中，陽離子A通常是有機離子CH3NH3+、C2H5NH3+等，B通常為二價金屬離子，如Pb2+、Sn2+等，X則為滷素陰離子(Cl-、Br-、I-)。
  • 鈣鈦礦太陽電池中有機空穴傳輸材料研究獲系列進展
    小分子類空穴傳輸材料已經被證明在鈣鈦礦太陽電池中有非常好的應用潛力。目前應用最廣泛的空穴傳輸材料是spiro-OMeTAD，然而其合成步驟複雜、成本很高，且在空氣中穩定性較差。因此開發新型空穴傳輸材料是鈣鈦礦太陽電池產業化必不可少的部分，為了開發高效穩定廉價的小分子空穴傳輸材料，將常用於有機電池和OLED中的四苯甲烷結構引入到小分子空穴傳輸材料中。
  • 黃維院士團隊原位界面調控助力高效無電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池
    近期，西北工業大學柔性電子前沿科學中心（西安柔性電子研究院）首席科學家黃維院士團隊陳永華教授課題組在原位界面調控助力高效無電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池方面取得了新進展，研究成果以「In Situ Interface Engineering for Highly Efficient Electron-Transport-Layer-Free Perovskite
  • 對鈣鈦礦太陽能電池的初步認知與了解
    這種光電效應太陽能電池的工作原理是，當太陽光照在半導體 p-n 結區上，會激發形成空穴-電子對（激子)在p-n結電場的作用下，激子首先被分離成為電子與空穴並分別向陰極和陽極輸運。光生空穴流向p區，光生電子流向n區，接通電路就形成電流。       Fritts在1883年製備成功第一塊硒上覆薄金的半導體/金屬結太陽能電池, 其效率僅約 1%。