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合金调控碳电极功函数改善无机钙钛矿太阳能电池的电荷提取

导读: 近年来,基于CsPbBr3吸光层的全无机钙钛矿太阳能电池(PSC)由于其优异的化学稳定性和低成本得到了研究者的密切关注,其光电转换效率也持续走高,不断刷新纪录。

【引言】

近年来,基于CsPbBr3吸光层的全无机钙钛矿太阳能电池(PSC)由于其优异的化学稳定性和低成本得到了研究者的密切关注,其光电转换效率也持续走高,不断刷新纪录。研究发现,无机PSC器件的电荷提取能力对光电转换效率的提升具有关键作用。经典无机PSC器件采用CsPbBr3薄膜为吸光层,其价带能级为-5.6 eV,与碳电极的功函数-5.0 eV产生的0.6 eV的能量差致使电荷提取困难并限制光伏性能的提升。因此,如何实现高效电荷提取是全无机PSC领域的研究热点之一。

【成果简介】

近日,暨南大学新能源技术研究院唐群委教授(通讯作者)设计了一种PtNi合金调控碳背电极功函数的全无机PSC器件,利用PtNi合金掺杂比例调控背电极功函数与CsPbBr3价带能级的匹配度,有效提高了电子-空穴的分离效率,并最终获得了7.85%的光电转换效率。此外,器件在25℃的室温和80%的相对湿度下保存20余天,光伏性能仍能保持稳定。通过调控背电极功函数改善电荷提取为极大提升无机PSC的光电转换效率提供了新的思路。相关成果以“Alloy-Controlled Work Function for Enhanced Charge Extraction in All-Inorganic CsPbBr3 Perovskite Solar Cells”为标题发表在ChemSusChem杂志上。

【图文简介】

图1.全无机PSC的器件结构和PtNi合金的形貌

合金调控碳电极功函数改善无机钙钛矿太阳能电池的电荷提取

(a) 全无机PSC的器件结构示意图。

(b) 全无机PSC的SEM断面图。

(c) 无机CsPbBr3的晶体结构。

(d)-(e) PtNi合金的形貌。

图2. 全无机PSC器件的光伏性能及PtNi合金的功函数

合金调控碳电极功函数改善无机钙钛矿太阳能电池的电荷提取

(a) 不同PtNi合金修饰的全无机PSC器件的J-V曲线。

(b) 全无机PSC的IPCE图谱。

(c)-(f) PtNi合金掺杂碳电极的功函数图谱。

(g) 全无机PSC的能级结构和电荷传输示意图。

图3. 全无机PSC的电荷提取性能

合金调控碳电极功函数改善无机钙钛矿太阳能电池的电荷提取

(a)-(b) 全无机PSC器件的复合电流和复合电压。

(c) 电池器件的PL图谱。

(d) 电池器件的瞬态荧光光谱。

图4. 电池性能及稳定性

合金调控碳电极功函数改善无机钙钛矿太阳能电池的电荷提取

(a) 碳量子点界面修饰的全无机PSC的J-V曲线。

(b) 碳量子点界面修饰的全无机PSC的IPCE。

(c) 全无机PSC的20天稳定性(80% RH, 25oC)。

【小结】

研究人员利用合金调控碳背电极的功函数改善了全无机PSC器件的电子-空穴提取过程,通过优化能级结构,获得了7.85%的光电转换效率,并探讨不同合金比例对电池性能的影响。这项工作对于进一步调高电荷提取能力提供了新思路。

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