暨南大学唐群委：无机钙钛矿太阳能电池取得系列重要研究进展

【引言】

全无机CsPbBr₃型钙钛矿太阳能电池由于具有高的载流子迁移率和光吸收系数，以及在高温和高湿环境中优异的稳定性而受到极大关注。常规空穴传输材料价格昂贵，因此无空穴传输层的CsPbBr₃型无机钙钛矿太阳能电池表现出更加广阔的商业化应用前景，其中FTO/c-TiO₂/m-TiO₂/CsPbBr₃/Carbon电池结构的器件最近引起了广泛的关注。但全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池目前的效率仍然较低。因此，如何在保持器件高稳定性的前提下，进一步提高电池效率是该领域亟需解决的关键科学问题。

【成果简介】

暨南大学唐群委教授在全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池方面取得一系列研究进展。（1）结构工程：首次设计出一种双面无机CsPbBr₃型钙钛矿太阳能电池，实现了电池对太阳能的双面捕获，双面因子高达98.5%，相关研究成果发表在最新一期的Chem. Comm. (2018, 54, 8237-8240) 杂志上；（2）元素工程：通过掺入碱金属离子，锂（Li⁺）、钠（Na⁺）、钾（K⁺）、铷（Rb⁺）离子，系统研究了Cs_1-xR_xPbBr₃型钙钛矿太阳能电池的性能，研究发现，采用Cs_0.91Rb_0.09PbBr₃制备的无机钙钛矿太阳能电池的最高效率可以达到9.86%，相关成果发表在Sol. RRL (2018, DOI: 10.1002/solr.201800164) 杂志上；（3）界面工程：利用钙钛矿量子点修饰钙钛矿/碳电极界面，加速电荷的传输速率，抑制电荷复合，将电池效率提升至9.13%，相关成果发表在J. Mater. Chem. A (2018, DOI: 10.1039/C8TA02522C), Chem. Commun. (2018, DOI: 10.1039/C8CC05517C)和J. Power Sources (2018, 399, 76-82) 杂志上。

【图文简介】

图一 双面全无机钙钛矿太阳能电池的结构示意图

（a）双面全无机钙钛矿太阳能电池的光伏电站图和光路示意图。

（b）具有FTO/c-TiO₂/m-TiO₂/CsPbBr₃/Carbon/CsPbBr₃/m-TiO₂/c-TiO₂/FTO结构的双面全无机钙钛矿太阳能电池的示意图。

（c）双面无机钙钛矿太阳能电池的能带结构图。

图二 碱金属离子掺杂全无机钙钛矿太阳能电池的性能

（a）具有FTO/c-TiO₂/m-TiO₂/CsPbBr₃/carbon构型的全无机钙钛矿太阳能电池的截面SEM图。

（b）不同碱金属离子掺杂的全无机钙钛矿电池的J-V曲线。

（c）不同类型无机钙钛矿电池的IPCE曲线。

（d）五种无机钙钛矿太阳能电池的效率稳态输出。

 图三 碱金属掺杂全无机钙钛矿薄膜的性能和形貌

（a）碱金属离子部分取代（掺杂）Cs⁺的示意图。

（b）Cs 3d的高分辨率XPS图谱。

（c）碱金属离子掺杂的无机钙钛矿薄膜的(100)，(110)和(111)衍射峰的XRD图。

（d） CsPbBr₃, (e) Cs_0.98Li_0.02PbBr₃, (f) Cs_0.94Na_0.06PbBr₃, (g) Cs_0.92K_0.08PbBr₃ and (h) Cs_0.91Rb_0.09PbBr₃五种无机钙钛矿薄膜的SEM图像。

（i）基于五种SEM图像统计出来的粒径分布。

 图四 采用钙钛矿量子点界面修饰全无机钙钛矿太阳能电池的机理示意图和电池性能

（a）无机钙钛矿量子点界面修饰的机理示意图。

（b）不同CsSnBr_3-xI_x量子点修饰的全无机钙钛矿太阳能电池的能级图。

（c）不同CsSnBr_3-xI_x量子点修饰后的CsPbBr₃钙钛矿薄膜的PL衰减曲线图。

（d）不同CsSnBr_3-xI_x量子点修饰的CsPbBr₃薄膜的PL光谱强度图。

（e）不同CsSnBr_3-xI_x量子点修饰的PSC的短路电流密度与光强关系图。

【相关文献链接】

1.Yanan Li, Jialong Duan, Yuanyuan Zhao, Qunwei Tang*, ChemicalCommunications, 2018, 54, 8237-8240. http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/cc/c8cc04271c#!divAbstract

2.Yanan Li, Jialong Duan, Haiwen Yuan, Yuanyuan Zhao, Benlin He, Qunwei Tang*, SolarRRL, 2018, DOI: 10.1002/solr.201800164. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/solr.201800164

3.Jie Ding, Jialong Duan, Chenyang Guo, Qunwei Tang*, Journal ofMaterials Chemistry A, 2018, DOI: 10.1039/C8TA02522C. http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ta/c8ta02522c#!divAbstract

4.Qinghua Li, Jinke Bai, Tingting Zhang, Chao Nie, Jialong Duan, Qunwei Tang*, ChemicalCommunications, 2018, DOI: 10.1039/C8CC05517C. http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/cc/c8cc05517c#!divAbstract

5.Hongzhe Xu, Jialong Duan, Yuanyuan Zhao, Zhengbo Jiao, Benlin He, Qunwei Tang*, Journal ofPower Sources, 2018, 399, 76-82. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775318308164

本文由唐群委老师供稿，材料牛整理编辑。

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