二維結(jié)構(gòu)有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦材料,具有優(yōu)于三維鈣鈦礦材料的耐潮濕穩(wěn)定性,但基于二維鈣鈦礦材料的太陽電池效率都低于三維鈣鈦礦電池。制備高性能二維鈣鈦礦太陽電池一方面要制備高質(zhì)量的二維鈣鈦礦晶體薄膜,薄膜由垂直基底取向的大尺寸晶粒構(gòu)成,以實(shí)現(xiàn)光生載流子傳輸能力的提升;另一方面要提高能級匹配度,減少界面間的電荷復(fù)合,從而提高開路電壓。
近日,浙江大學(xué)陳紅征教授團(tuán)隊(duì)通過結(jié)合溶劑和界面工程方法,實(shí)現(xiàn)了二維鈣鈦礦太陽電池的短路電流和開路電壓的同時(shí)提高。一方面,他們以甲酰胺/N,N-二甲基甲酰胺混合溶劑配制前驅(qū)體溶液,利用甲酰胺高的沸點(diǎn)和極性,促進(jìn)了高質(zhì)量二維鈣鈦礦(BA,GA)2MA4Pb5I16薄膜的形成。從SEM、XRD和GIWAXS結(jié)果可知,甲酰胺的添加可以改善薄膜中晶粒的生長取向,保證了光生載流子沿內(nèi)建場方向的快速傳輸;晶粒尺寸也進(jìn)一步增大,有利于減少晶界,抑制載流子的復(fù)合,使短路電流從13.23 mA cm-2大幅度提高到17.02 mA cm-2,效率從10.56% 提高到13.53%。
他們進(jìn)一步用PCP-Na取代PEDOT:PSS做為空穴傳輸層來優(yōu)化能級排列,以減少界面能量損失。PCP-Na具有比PEDOT:PSS更深的HOMO能級,與二維鈣鈦礦(BA,GA)2MA4Pb5I16的能級更加匹配,Na+也有助于空穴陷阱的填充。最終器件開路電壓明顯提高,從1.03V 提高到1.17V,效率從13.53%提高到15.86%。未封裝器件在濕度25±5%的空氣環(huán)境中儲存1200小時(shí),效率下降幅度約為7%,顯示出很好的穩(wěn)定性。
以上相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A (2019, DOI: 10.1039/C9TA04658E)上。論文的第一作者為浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系碩士研究生連小梅,第一通訊作者為陳紅征教授,共同通訊作者為吳剛副教授。
論文鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ta/c9ta04658e#!divAbstract
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