Adv.Energy Mater.：在具有碳電極的無空穴傳輸材料MAPbBr3太陽能電池中實現高達1.57 V的高開路電壓

【背景介紹】

無機-有機雜化鈣鈦礦太陽能電池（APbX3，A =甲基胺（MA），甲脒（FA）等; X = I，Br，Cl等）的發展已經取得了非常傲人的成績，功率轉換效率在過去七年中已經提升至22％，並且這一數值隨著科研人員的努力還在不斷突破。但是要進一步推動工業應用需要生產製備大面積鈣鈦礦太陽能電池。

【成果簡介】

近日，北京大學徐東升教授、大連理工大學孫立成教授和梁永齊副教授（共同通訊）等人模擬AM1.5光照，在具有碳（石墨）電極的平面MAPbBr3太陽能電池中獲得了1.57V的開路電壓（Voc）。具有正常結構（FTO/TiO2/MAPbBr3/碳）的無空穴傳輸材料的MAPbBr3太陽能電池在模擬AM1.5陽光下，電流-電壓掃描期間顯示出很小的遲滯現象。並且裝置實現了8.70％的轉換效率。碳電極可有效地提取MAPbBr3太陽能電池中的光生空穴，並且工業上適用的碳電極不會限制溴化物基鈣鈦礦太陽能電池的性能。基於頻帶對準的分析，發現MAPbBr3和碳之間的界面電壓（能量）損失與MAPbBr3的價帶最大值和石墨功函數之間的偏移相比非常小。相關成果以題為「Achieving High Open-Circuit Voltages up to 1.57 V in Hole-Transport-Material-Free MAPbBr3Solar Cells with Carbon Electrodes」發表在了Advanced Energy Materials上。

【圖文導讀】

圖1 器件結構表徵

A）FTO上的MAPbBr3膜的X射線衍射圖

B）模擬AM1.5陽光（100 mW cm-2）下電池的電流密度-電壓曲線

C）MAPbBr3膜的SEM圖像

D）太陽能電池裝置的橫截面圖像

圖2 IPCE光譜、穩態光電流響應及密度

A）在0.0 V偏壓（短路）下測量的MAPbBr3器件的穩態光電流響應

B）MAPbBr3太陽能電池在短路條件下的IPCE光譜和AM1.5太陽光譜下的光電流密度

圖3 J-V曲線

A）在模擬AM1.5陽光下的MAPbBr3太陽能電池的J-V曲線

B）光浸潤（AM1.5陽光）對太陽能電池J-V曲線的影響

圖4 MAPbBr3膜的發光特性

A）MAPbBr3膜的穩態光致發光光譜（峰值在536nm，FWHM = 21nm）

B）MAPbBr3器件在各種偏差（3.0,3.2,3.8和4.0V）下的電致發光光譜

【小結】

該團隊模擬AM1.5光照，在具有碳（石墨）電極的平面MAPbBr3太陽能電池中獲得了1.57V的開路電壓（Voc）。並且發現MAPbBr3和碳之間的界面電壓（能量）損失與MAPbBr3的價帶最大值和石墨功函數之間的偏移相比非常小。該發現意味著存在MAPbBr3層內的費米能級釘扎或高摻雜區域。能夠有效地從MAPbBr3中提取碳電極光生空穴的能力有助於為工業鈣鈦礦太陽能電池中碳電極的應用鋪路。

文獻鏈接：Achieving High Open-Circuit Voltages up to 1.57 V in Hole-Transport-Material-Free MAPbBr3Solar Cells with Carbon Electrodes（Adv. Energy Mater.,2017,DOI:10.1002/aenm.201701159）

本文由材料人新能源組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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