暨南大學唐群委：無機鈣鈦礦太陽能電池取得系列重要研究進展

【引言】

全無機CsPbBr₃型鈣鈦礦太陽能電池由于具有高的載流子遷移率和光吸收系數，以及在高溫和高濕環境中優異的穩定性而受到極大關注。常規空穴傳輸材料價格昂貴，因此無空穴傳輸層的CsPbBr₃型無機鈣鈦礦太陽能電池表現出更加廣闊的商業化應用前景，其中FTO/c-TiO₂/m-TiO₂/CsPbBr₃/Carbon電池結構的器件最近引起了廣泛的關注。但全無機CsPbBr₃鈣鈦礦太陽能電池目前的效率仍然較低。因此，如何在保持器件高穩定性的前提下，進一步提高電池效率是該領域亟需解決的關鍵科學問題。

【成果簡介】

暨南大學唐群委教授在全無機CsPbBr₃鈣鈦礦太陽能電池方面取得一系列研究進展。（1）結構工程：首次設計出一種雙面無機CsPbBr₃型鈣鈦礦太陽能電池，實現了電池對太陽能的雙面捕獲，雙面因子高達98.5%，相關研究成果發表在最新一期的Chem. Comm.?(2018, 54, 8237-8240)?雜志上；（2）元素工程：通過摻入堿金屬離子，鋰（Li⁺）、鈉（Na⁺）、鉀（K⁺）、銣（Rb⁺）離子，系統研究了Cs_1-xR_xPbBr₃型鈣鈦礦太陽能電池的性能，研究發現，采用Cs_0.91Rb_0.09PbBr₃制備的無機鈣鈦礦太陽能電池的最高效率可以達到9.86%，相關成果發表在Sol.?RRL?(2018, DOI: 10.1002/solr.201800164)?雜志上；（3）界面工程：利用鈣鈦礦量子點修飾鈣鈦礦/碳電極界面，加速電荷的傳輸速率，抑制電荷復合，將電池效率提升至9.13%，相關成果發表在J. Mater. Chem. A (2018, DOI: 10.1039/C8TA02522C), Chem. Commun. (2018, DOI: 10.1039/C8CC05517C)和J. Power Sources (2018, 399, 76-82)?雜志上。

【圖文簡介】

圖一 雙面全無機鈣鈦礦太陽能電池的結構示意圖

（a）雙面全無機鈣鈦礦太陽能電池的光伏電站圖和光路示意圖。

（b）具有FTO/c-TiO₂/m-TiO₂/CsPbBr₃/Carbon/CsPbBr₃/m-TiO₂/c-TiO₂/FTO結構的雙面全無機鈣鈦礦太陽能電池的示意圖。

（c）雙面無機鈣鈦礦太陽能電池的能帶結構圖。

圖二?堿金屬離子摻雜全無機鈣鈦礦太陽能電池的性能

（a）具有FTO/c-TiO₂/m-TiO₂/CsPbBr₃/carbon構型的全無機鈣鈦礦太陽能電池的截面SEM圖。

（b）不同堿金屬離子摻雜的全無機鈣鈦礦電池的J-V曲線。

（c）不同類型無機鈣鈦礦電池的IPCE曲線。

（d）五種無機鈣鈦礦太陽能電池的效率穩態輸出。

?圖三?堿金屬摻雜全無機鈣鈦礦薄膜的性能和形貌

（a）堿金屬離子部分取代（摻雜）Cs⁺的示意圖。

（b）Cs 3d的高分辨率XPS圖譜。

（c）堿金屬離子摻雜的無機鈣鈦礦薄膜的(100)，(110)和(111)衍射峰的XRD圖。

（d） CsPbBr₃, (e) Cs_0.98Li_0.02PbBr₃, (f) Cs_0.94Na_0.06PbBr₃, (g) Cs_0.92K_0.08PbBr₃?and (h) Cs_0.91Rb_0.09PbBr₃五種無機鈣鈦礦薄膜的SEM圖像。

（i）基于五種SEM圖像統計出來的粒徑分布。

?圖四?采用鈣鈦礦量子點界面修飾全無機鈣鈦礦太陽能電池的機理示意圖和電池性能

（a）無機鈣鈦礦量子點界面修飾的機理示意圖。

（b）不同CsSnBr_3-xI_x量子點修飾的全無機鈣鈦礦太陽能電池的能級圖。

（c）不同CsSnBr_3-xI_x量子點修飾后的CsPbBr₃鈣鈦礦薄膜的PL衰減曲線圖。

（d）不同CsSnBr_3-xI_x量子點修飾的CsPbBr₃薄膜的PL光譜強度圖。

（e）不同CsSnBr_3-xI_x量子點修飾的PSC的短路電流密度與光強關系圖。

【相關文獻鏈接】

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2.Yanan Li, Jialong Duan, Haiwen Yuan, Yuanyuan Zhao, Benlin He, Qunwei Tang*, SolarRRL, 2018, DOI: 10.1002/solr.201800164. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/solr.201800164

3.Jie Ding, Jialong Duan, Chenyang Guo, Qunwei Tang*, Journal ofMaterials?Chemistry?A, 2018, DOI: 10.1039/C8TA02522C. http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ta/c8ta02522c#!divAbstract

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5.Hongzhe Xu, Jialong Duan, Yuanyuan Zhao, Zhengbo Jiao, Benlin He, Qunwei Tang*, Journal ofPower Sources, 2018, 399, 76-82. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775318308164

本文由唐群委老師供稿，材料牛整理編輯。

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