暨南大学唐群委团队Solar RRL：全无机CsPbBr3钙钛矿太阳电池获得10.6%的光电转换效率和1.61V的开路电压

【引言】

全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池（PSC）因在高温、高湿、紫外光照环境下具有优异的稳定性而成为太阳能光伏发电领域的前沿技术，但其光电转换效率仍然较低。究其原因，CsPbBr₃的窄光谱吸收、介孔TiO₂的低载流子迁移率以及界面电荷复合等都已成为限制光伏性能进一步提升的重要因素。因此，拓宽光谱响应范围、开发高载流子迁移率的电子传输层、通过界面工程加快界面电荷提取是本领域亟需解决的关键科学问题。暨南大学新能源技术研究院唐群委教授团队围绕以上问题开展了CsPbBr₃的多步液相制备、界面工程、组分工程、光谱工程等系统研究，相关成果已发表在Angewandte Chemie International Edition (2018, 57, 3787-3791; 2018, 57, 5746-5749)、Advanced Energy Materials (2018, 8, 1802346)、Small (2018, 14, 1704443)等刊物上。

【成果简介】

近日，该团队又在Solar RRL杂志发表 “Using SnO₂ QDs and CsMBr₃ (M=Sn, Bi, Cu) QDs as Charge-Transporting Materials for 10.6%-Efficiency All-Inorganic CsPbBr₃ Perovskite Solar Cells with an Ultrahigh Open-Circuit Voltage of 1.610 V”的论文。赵媛媛博士为论文的第一作者，唐群委教授为论文的唯一通讯作者。

该工作采用低温溶液法合成了SnO₂ QDs溶液，并通过控制反应时间调控量子点的能带结构。采用SnO₂ QDs作为电子传输材料不仅改善了电子提取和迁移性能，又赋予电子传输层（ETL）增透效应，提高了CsPbBr₃层的光照强度。同时该工作还通过热注入法制备了能级匹配的CsMBr₃ (M = Sn、Bi、Cu) QDs用作界面修饰材料，有效地提高了空穴提取能力，抑制了电荷复合。该工作制备的FTO/SnO₂ QDs/CsPbBr₃/CsMBr₃ QDs/carbon器件在标准太阳光照下获得了10.60%的光电转换效率和1.610 V的开路电压，这是目前CsPbBr₃基全无机钙钛矿太阳能电池公开报道最高的效率和电压记录。

【图文简介】

图一 SnO₂ QDs及薄膜的相关表征

（A）FTO/ETL的透光光谱曲线； 

（B）SnO₂ QDs ETL的表面SEM图； 

（C）SnO₂ QDs ETL的断面SEM图；

（D）SnO₂ QDs的HRTEM图；

图二 基于SnO₂ QDs的全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳电池的光伏性能表征

（A）全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳电池的结构断面图。

（B）全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳电池的能级结构和电荷传输。

（C）全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳电池的J-V曲线。

（D）全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳电池的IPCE曲线。

（E）全无机钙钛矿太阳电池的PL图谱

（F）全无机钙钛矿太阳电池的瞬态荧光光谱。

图三 CsMBr₃ (M = Sn、Bi、Cu) QDs的相关表征

(A) CsSnBr₃, (F) CsBi_2/3Br₃, (K) CsCuBr₃ QDs溶液的数码照片。

(B) CsSnBr₃, (G) CsBi_2/3Br₃, (L) CsCuBr₃ QDs溶液的发光特性。

(C-E) CsSnBr₃, (H-J) CsBi_2/3Br₃, (M-O) CsCuBr₃ QDs的TEM及HRTEM图。

(P) CsPbBr₃/CsSnBr₃, (Q) CsPbBr₃/CsBi_2/3Br₃, (R) CsPbBr₃/CsCuBr₃薄膜的元素分布图。

(S) FTO/SQE36/CsPbBr₃/CsMBr₃ (M = Sn, Bi, Cu) QDs的XRD图谱。

图四 基于SnO₂ QDs和CsMBr₃ (M = Sn、Bi、Cu) QDs的全无机钙钛矿太阳电池

（A）CsSnBr₃, CsBi_2/3Br₃ and CsCuBr₃ QDs的PL发射谱。

（B）全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳电池的J-V 曲线。

（C）全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳电池的能级结构和电荷传输。

（D）全无机CsPbBr₃钙钛矿太阳电池的稳态输出。

（E）器件在RH = 80%，T = 25 ^oC下的稳定性。

（F）器件在RH = 0%，T = 80 ^oC下的稳定性。

相关文献链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/solr.201800284

本文由暨南大学唐群委团队供稿，材料人编辑部编辑。

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