暨南大學 唐群委J. Mater. Chem. A：通過界面工程改善無機CsPbBr3鈣鈦礦太陽能電池的界面電荷提取

【引言】

近年來，基于CsPbBr₃的無機鈣鈦礦太陽能電池（PSC）由于具有優異的熱學和化學穩定性受到了科研人員的廣泛關注。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的能量差致使界面電荷嚴重復合并限制光伏性能的進一步提升。因此，如何通過界面工程實現界面電荷的高效提取是全無機PSC領域的研究熱點之一。

【成果簡介】

近日，暨南大學唐群委教授（通訊作者）設計了一類綠色合金CuInS₂/ZnS量子點，通過控制反應溫度和反應時間調控量子點的能帶結構，并利用CuInS₂/ZnS量子點修飾CsPbBr₃鈣鈦礦層與碳層的界面能級，有效提高了無機PSC器件的空穴提取能力，并獲得了8.42%的光電轉換效率。相關成果以“Toward charge extraction in all-inorganic perovskite solar cells by interfacial engineering”為標題發表在Journal of Materials Chemistry A雜志上。

【圖文簡介】

圖1. 采用CuInS₂/ZnS量子點修飾無機PSC器件界面

（a）無機PSC器件結構示意圖。

（b）無機PSC的SEM斷面圖。

（c）無機PSC的能級結構和電荷傳輸。

（d）具有不同帶隙CuInS₂/ZnS量子點的紫外-可見吸收光譜。

圖2. CuInS₂/ZnS量子點的相關表征

（a）不同帶隙CuInS₂/ZnS量子點的PL與紫外-可見吸收圖譜。

（b）不同帶隙CuInS₂/ZnS量子點的TEM以及粒徑分布。

（c）不同帶隙CuInS₂/ZnS量子點發光特性。

（d）CuInS₂/ZnS量子點的CIE圖譜。

（e）CsPbBr₃/CuInS₂/ZnS層的表面SEM和mapping圖譜。

圖3. 無機PSC器件的電池性能

（a）CuInS₂/ZnS量子點修飾無機PSC器件的J-V曲線。

（b）無機PSC器件的穩態輸出。

（c）無機PSC器件的效率分布。

（d）無機PSC器件在RH=80%環境中的穩定性。

圖4. 無機PSC器件的電荷提取性能

（a）電池器件的PL圖譜。

（b）電池器件的瞬態熒光光譜。

（c）無機PSC器件的復合電流。

（d）電池器件的阻抗圖譜。

【小結】

研究人員利用CuInS₂/ZnS量子點的帶隙調控優化了鈣鈦礦/碳界面的能級結構，改善了無機PSC器件的空穴提取能力，獲得了8.42%的光電轉換效率，并探討了不同帶隙量子點對電池性能的影響。這項工作對于深化電荷提取能力的界面工程研究提供了新思路。

文獻鏈接：Toward charge extraction in all-inorganic perovskite solar cells by interfacial engineering?(J. Mater. Chem. A, 2018, DOI:10.1039/C8TA02522C)

本文由材暨南大學唐群委教授課題組供稿，特此感謝。

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