科研进展简报

卤素杂化钙钛矿太阳能电池研究的新进展-聚合物修饰提升电池效率和稳定性

来源:武汉光电国家实验室(筹)    作者:能源光子学功能实验室    发布时间:2017年09月08日

        太阳能电池是一种将光能转换为电能的装置,是利用太阳能的有效方式。纳米结构太阳能电池是指应用纳米材料或纳米界面将太阳能有效转换成电力的能量转换器件,有望突破常规晶硅电池等面临的S-Q效率限制(效率<33%)。纳米结构电池成为国际上备受关注的一个重要研究领域。纳米结构太阳能电池属于第三代光伏技术,包括染料敏化太阳能电池、卤素杂化钙钛矿太阳能电池等。钙钛矿电池目前最好认证转换效率22.1%。

        小分子表面修饰剂能够显著提升钙钛矿的光电性能。受此启发,美国加州大学洛杉矶分校杨阳教授(通讯作者)、左立见博士和华中科技大学/武汉光电国家实验室王鸣魁教授(通讯作者)合作,在实验室前期工作的基础上,论证了具有络合官能团的聚合物能够提升溶液加工钙钛矿半导体薄膜的性能。研究结果表明,采用功能高聚物能够改变薄膜的电子特性,包括载流子动力学和整体器件表现。应用poly(4-vinylpyridine)等聚合物,研究人员成功实现了电池效率由17.5%提升至20.2%,特别是器件的开路电压得到了明显提升。(如图1所示)其中王鸣魁教授通过交流阻抗谱和暂态光电压衰减测量方法深入研究聚合物钝化钙钛矿、降低缺陷态密度的机制。该研究明确了制备高性能钙钛矿太阳能电池的关键因素:钙钛矿表/界面修饰,为下一步高性能光吸收层研究确定了方向。

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图1、聚合物修饰钙钛矿材料过程传输机制

        2017年8月23日,该研究成果以论文“Polymer-modified halide perovskite films for efficient and stable planar heterojunction solar cells(基于聚合物修饰卤素钙钛矿薄膜的高效率稳定平面型异质结太阳能电池研究)”发表在Science Advances( 2017, 3: e1700106)上

       本研究工作得到了国家留学基金委((No. 201506165038)等项目的支持。

 

文章链接http://advances.sciencemag.org/content/3/8/e1700106/tab-pdf。