华中科大陈炜Adv. Energy Mater. :基于低温溶液法制备CuCrO2空穴传输层的高效、高光稳定钙钛矿太阳能电池

引言

在短短几年间，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经突破22%，然而其对湿度和光照的稳定性是限制其工业化生产的重要因素。虽然近年来，科研工作者通过多种手段提高钙钛矿太阳能电池对湿度的稳定性，但是钙钛矿太阳能电池的光稳定性研究较少，尤其是紫外光(<400 nm)稳定性。目前降低紫外光对钙钛矿的分解主要有两种途径：一种是将钙钛矿吸收的紫外光转换成可见光；另一种是制备紫外光阻挡层，将紫外光过滤。在顺式n-i-p结构中已有报道BaSnO₃ 作为电子传输层抑制紫外光对钙钛矿的分解，但是在反式p-i-n结构的钙钛矿太阳能电池中，如何降低紫外光对钙钛矿层的分解是亟待解决的问题。本研究中，通过低温溶液法制备致密的CuCrO₂空穴传输层，并将其应用在反式p-i-n钙钛矿太阳能电池中，取得19%的光电转换效率，同时，CuCrO₂空穴传输层能够吸收紫外光从而降低紫外光对钙钛矿的破坏，最终提高钙钛矿太阳能电池的光稳定性。

成果简介

最近， 华中科技大学武汉光电国家科学中心的陈炜教授课题组与香港科技大学杨世和教授，华盛顿大学Alex K.-Y. Jen教授合作，在Adv. Energy Mater. 上发布了一篇名为 ”Low-Temperature Solution-Processed CuCrO₂ Hole-Transporting Layer for Efficient and Photostable Perovskite Solar Cells“ 的文章。该研究中通过低温溶液法制备致密的CuCrO₂空穴传输层并将其应用在反式p-i-n钙钛矿太阳能电池中，取得19%的光电转换效率；研究同时发现，CuCrO₂空穴传输层能够吸收紫外光从而降低紫外光对钙钛矿的破坏，最终提高钙钛矿太阳能电池的光稳定性。

图文简介

图1 CuCrO₂ 晶体结构及器件结构和能级图

（a）CuCrO₂的晶体结构；

（b）钙钛矿太阳能电池的结构示意图；

（c）对应的能级图。

图2 CuCrO₂及其薄膜的性能表征图

（a）CuCrO₂的XRD图；

（b）CuCrO₂的TEM图（低放大倍数）；

（c）CuCrO₂的粒径统计分布图；

（d）CuCrO₂的TEM图；

（e）CuCrO₂的HR-TEM图；

（f）CuCrO₂的HR-TEM相应的SAED图；

（g）CuCrO₂薄膜的SEM图；

（h）CuCrO₂薄膜的AFM图；

（i）不同厚度的CuCrO₂薄膜的透过率图。

图3 基于CuCrO₂的钙钛矿薄膜及钙钛矿器件性能表征图

（a）基于CuCrO₂的钙钛矿的SEM图；

（b）钙钛矿，钙钛矿/CuCrO₂以及钙钛矿/NiO的PL图；

（c）钙钛矿太阳能电池的截面SEM图；

（d）CuCrO₂和NiO两种器件的JV曲线图；

（e）两种器件的IPCE图；

（f）两种器件效率分布的相状图。

图4 CuCrO₂和NiO两种器件的光稳定性测试

（a）CuCrO₂和NiO两种膜的UV-vis图；

（b）CuCrO₂和NiO两种器件的光稳定性测试示意图；

（c）-（f）CuCrO₂和NiO器件在紫外灯照射下的V_OC，J_SC，FF 以及PCE随时间的演变图。

小结

CuCrO₂由于具有较高的空穴迁移率和电导率，同时其价带位置与钙钛矿的价带位置匹配，使钙钛矿能够更有效地将空穴注入至CuCrO₂中，器件性能为19.0%。更重要的，CuCrO₂可以吸收部分紫外光，从而有效地抑制了紫外光对钙钛矿膜的破坏，暴露在紫外灯下照射1000 h，发现基于CuCrO₂的器件性能仅降低约10%。

文献链接：Low-Temperature Solution-Processed CuCrO₂ Hole-Transporting Layer for Efficient and Photostable Perovskite Solar Cells（Adv. Energy Mater.，2018，DOI: 10.1002/aenm.201702762）

团队介绍：

陈炜教授本硕博毕业于清华大学材料科学与工程系，2008年获得工学博士学位；2008-2010年，香港科技大学化学系从事博士后研究；2012年2月-3月，澳大利亚Monash大学材料系，短期学术访问；2012年7月-8月，香港科技大学化学系，访问学者；2014年4月，日本国立材料与物质研究机构（NIMS）特别研究员，访问研究1年。2010年4月至2016年1月，华中科技大学武汉光电国家实验室副教授。2016年1月至今，华中科技大学武汉光电国家实验室教授，博士生导师（2014年-至今）。入选国家第三批万人计划“青年拔尖”人才。获得2015年中国十大科技新锐人物称号。

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