我所提出椅式能带结构调控无机钙钛矿材料光电性能新策略

  近日,我所薄膜硅太阳电池研究组(DNL1606)刘生忠研究员团队与陕西师范大学田庆文教授、王康博士等合作,在无机CsPbI3太阳电池研究方面取得新进展,研发出具有椅式能带结构的无机太阳电池。

  无机CsPbI3材料因其高热稳定性、化学稳定性,以及优异的光电性能,在太阳电池领域具有广阔的应用前景。但是由于CsPbI3薄膜界面与本体的载流子复合会导致能量损失,从而限制该类太阳电池光电性能的提升。此外,CsPbI3电池对水汽敏感性是该材料商业化应用的又一技术瓶颈。

  为了提高无机钙钛矿电池光电性能以及环境稳定性,该团队设计出了一种椅式能带结构的CsPbI3太阳电池,即在CsPbI3吸收层上表面制备CsPbI3量子点层,下表面制备苯基三甲基溴化铵(PMABr)薄层。CsPbI3量子点层能够减少与CsPbI3微晶薄膜的晶格失配,并且作为空穴传输通道促进电子和空穴的分离。PMABr中的有机阳离子和Br元素的梯度掺杂有利于CsPbI3薄膜稳定性的提升。这两种钝化材料不仅使CsPbI3薄膜界面的禁带宽度增加,抑制电子和空穴对的复合速率,而且更加匹配的能级结构以及能带的弯曲,可以促进电子和空穴对的分离与抽取。基于该策略,该团队将CsPbI3钙钛矿电池的光电转换效率提升至17.12%,开路电压提升至1.15V,开压损耗降低至0.53eV,这也是该材料当前所报道的较高的光电性能。此外,该电池的环境稳定性也明显提升。

  相关研究成果发表在Cell Reports Physical Science上。上述研究工作得到国家重点研究与发展计划、中央高校基础研究基金、国家自然科学基金项目、111项目、长江学者创新团队等项目的资助。(文/图 刘生忠、段连杰)  

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