Adv. Energy Mater.：将MOF掺杂到空穴传输层中用于提高钙钛矿太阳电池的效率

一叶知秋 7年前 (2018-01-15) 4973浏览

【引言】

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池作为一项有前景的技术已经受到广泛关注。基于TiO₂介孔结构的钙钛矿太阳电池的能量转化效率已经从3.8%提高到22.1%。然而，需要注意的的是TiO₂能够诱导紫外光照射下钙钛矿吸收层的降解。为了解决这个问题，在不影响钙钛矿吸收的前提下，使用紫外光吸收材料应该是一个简单而有效的方法。与此同时，这种材料能够发射出可见光，可以提高相应器件的能量转化效率。此外，光散射也可以有效地提高光的吸收。因此，将具有紫外光吸收和光散射性能的材料应用到太阳电池中是非常有意义的。另一方面，空穴传输层中的细孔导致金属电极、湿度和氧气可以渗透到空穴传输层或者钙钛矿吸收层的内部结构中。着可以通过应用缓冲层得以解决。然而，嵌入一个新层会使制备过程复杂化。金属有机框架被广泛应用于各个领域。然而，金属有机框架还未被用于增强光响应和缓解金属电极的渗透。

【成果简介】

近日，哈尔滨工业大学2014级博士生李梦茹和青年教师夏德斌（共同一作），杨玉林教授和范瑞清教授（通讯作者）在Adv. Energy Mater.上发表最新研究成果“Doping of [In₂(phen)₃Cl₆]·CH₃CN·2H₂O Indium-Based Metal–Organic Framework into Hole Transport Layer for Enhancing Perovskite Solar Cell Efficiencies”。在该文中，研究者首次将MOF掺杂到钙钛矿太阳电池的空穴传输层中，使太阳电池的效率从12.8%提高到15.8%。该研究有利于增强光吸收和避免细孔的形成。

【图文导读】

图1 In2的三位结构

图2 光伏器件的紫外可见漫反射光谱

图3空穴传输层/钙钛矿层的光学性质分析

（a）In2的紫外可见吸收光谱和光致发光光谱

（b）空穴传输层/钙钛矿层的紫外可见吸收光谱

（c）In2的UPS图

（d）钙钛矿太阳电池的能级示意图

图4 形貌分析

（a）HTM的SEM图

（b）HTM/In2的SEM图

（c）HTM的AFM图

（d）HTM/In2的AFM图

（e）HTM的SEM截面图

（f）HTM/In2的SEM截面图

图5 薄膜的TRPL分析

图6 器件的光伏性能分析

（a）J-V曲线

（b）黑暗条件下的J-V曲线

（c）阻抗图

（d）IPCE图

图7 器件的表面光伏光谱

图8 接触角测试

（a）HTM

（b）HTM/In2

【小结】

在这项工作中，研究者发现，In2的加入太阳电池的光伏性能，是效率从12.8%提高到15.8%。该研究证明了MOFs可以提高钙钛矿电池的效率和稳定性。

文献链接： Doping of [In₂(phen)₃Cl₆]·CH₃CN·2H₂O Indium-Based Metal–Organic Framework into Hole Transport Layer for Enhancing Perovskite Solar Cell Efficiencies（Adv. Energy Mater.，2017，10.1002/aenm.201702052）

本文由材料人编辑部新能源小组马永超编译整理，点我加入材料人编辑部。

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【团队介绍】

（1）团队由杨玉林教授、范瑞清教授、林凯峰教授、和青年教师夏德斌、王平组成；在校博士生30余人。研究兴趣：钙钛矿和染料敏化太阳能电池新材料与器件、金属有机荧光材料、共轭光电分子设计合成等。实验室400余平方米，配备有材料合成装置、美国Newports光电测试系统1套、表面光电压谱仪、Edinburgh时间分辨荧光光谱仪、Gamry电化学工作站、傅里叶红外光谱仪、固体紫外-可见光谱仪等仪器设备十余台（套）。

杨玉林教授主页：http://homepage.hit.edu.cn/pages/yangyulin

范瑞清教授主页：http://homepage.hit.edu.cn/pages/fanruiqing

（2）团队近年来在该领域工作汇总：

团队近年来在Angew, J. Mater. Chem. A, ACS Appl. Mater. Interfaces., Chem Comm, ChemSusChem, Nanoscales, J. Power Sources, Inorg. Chem. 等期刊发表SCI文章70余篇。