暨南大學 唐群委 ChemSusChem：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

【引言】

近年來，基于CsPbBr₃吸光層的全無機鈣鈦礦太陽能電池（PSC）由于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器件采用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并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，并最終獲得了7.85%的光電轉換效率。此外，器件在25℃的室溫和80%的相對濕度下保存20余天，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雜志上。

【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器件的復合電流和復合電壓。

(c) 電池器件的PL圖譜。

(d) 電池器件的瞬態熒光光譜。

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，并探討不同合金比例對電池性能的影響。這項工作對于進一步調高電荷提取能力提供了新思路。

文獻鏈接：Alloy-Controlled Work Function for Enhanced Charge Extraction in All-Inorganic CsPbBr3 Perovskite Solar Cells (ChemSusChem, 2018, DOI: 10.1002/cssc.201800060)

本文由暨南大學新能源技術研究院供稿，特此感謝。

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