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张倩妮:钙钛矿太阳能电池研究新突破
编辑:  文章来源:  发布时间:2020-05-08  阅读次数:1084

钙钛矿太阳能电池因其材料优异的光电特性, 以及器件能量转换效率的快速提升而成为光伏器件及材料领域的研究热点之一,目前有机-无机杂化卤化物钙钛矿太阳能电池的最高效率能够达到23.7%。基于商业化应用考虑,为了提高电池的稳定性、延长器件的使用寿命,提出无机钙钛矿的概念,即使用无机阳离子代替杂化钙钛矿结构中的有机阳离子。因此,近两年内无机钙钛矿太阳能电池的研究受到广泛关注,器件性能也有显著提升。

西安电子科技大学微电子学院张春福教授课题组首次提出在一步溶液法薄膜制备过程中使用光照工艺辅助CsPbIBr2钙钛矿薄膜结晶,从而得到高质量无机钙钛矿薄膜。实验中,首先利用一步法旋涂CsPbIBr2前驱体溶液得到前驱体薄膜,然后将已有薄膜转移到大气环境中,在模拟一个太阳光强下持续光照60分钟,随后再进行10分钟280℃的高温退火工艺后得到最终的CsPbIBr2钙钛矿薄膜。与传统法薄膜相比,光照法制备CsPbIBr2薄膜具有良好的薄膜特性,如:表面全覆盖、大晶粒、高结晶度和更有利的[100]晶相,同时其电子结构更有利于电子的提取以及空穴的传输过程。基于此薄膜制备的碳基全无机钙钛矿太阳能电池效率可达8.60%,并具有1.283 V的高开路电压值,为同期最高值。本工作为进一步提升稳定、低成本,简便工艺的CsPbIBr2太阳能电池效率提供了新的思路。

 

1(a)光照工艺辅助制备CsPbIBr2钙钛矿薄膜流程示意图;(b-c)光照法制备和(d-e)传统一步法制备CsPbIBr2薄膜表面SEM及AFM照片。

 

2(a-d)不同光照处理时间下得到的CsPbIBr2薄膜表面SEM图及(e)XRD谱图,图中标尺为1μm;(f)光照工艺辅助制备高质量CsPbIBr2薄膜的形成机理示意图。

该研究工作以 “Light processing enables efficient carbon-based, all-inorganic planar CsPbIBr2 solar cells with high photo voltages” 为题发表在国际知名期刊ACS Applied Materials & Interfaces上(ACS Appl. Mater. Interfaces,DOI: 10.1021/acsami.8b17839),西安电子科技大学为论文唯一通讯单位,研究生张倩妮、讲师朱卫东为论文共同第一作者,通讯作者为朱卫东博士和张春福教授。

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