暨南大学 唐群委J. Mater. Chem. A:通过界面工程改善无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的界面电荷提取


【引言】

近年来,基于CsPbBr3的无机钙钛矿太阳能电池(PSC)由于具有优异的热学和化学稳定性受到了科研人员的广泛关注。研究发现,无机PSC器件的电荷提取能力对光电转换效率的提升具有关键作用。经典无机PSC器件采用CsPbBr3薄膜为吸光层,其价带能级为-5.6 eV,与碳电极的功函数-5.0 eV产生的0.6 eV的能量差致使界面电荷严重复合并限制光伏性能的进一步提升。因此,如何通过界面工程实现界面电荷的高效提取是全无机PSC领域的研究热点之一。

【成果简介】

近日,暨南大学唐群委教授(通讯作者)设计了一类绿色合金CuInS2/ZnS量子点,通过控制反应温度和反应时间调控量子点的能带结构,并利用CuInS2/ZnS量子点修饰CsPbBr3钙钛矿层与碳层的界面能级,有效提高了无机PSC器件的空穴提取能力,并获得了8.42%的光电转换效率。相关成果以“Toward charge extraction in all-inorganic perovskite solar cells by interfacial engineering”为标题发表在Journal of Materials Chemistry A杂志上。

【图文简介】

1. 采用CuInS2/ZnS量子点修饰无机PSC器件界面

(a)无机PSC器件结构示意图。

(b)无机PSC的SEM断面图。

(c)无机PSC的能级结构和电荷传输。

(d)具有不同带隙CuInS2/ZnS量子点的紫外-可见吸收光谱。

2. CuInS2/ZnS量子点的相关表征

(a)不同带隙CuInS2/ZnS量子点的PL与紫外-可见吸收图谱。

(b)不同带隙CuInS2/ZnS量子点的TEM以及粒径分布。

(c)不同带隙CuInS2/ZnS量子点发光特性。

(d)CuInS2/ZnS量子点的CIE图谱。

(e)CsPbBr3/CuInS2/ZnS层的表面SEM和mapping图谱。

3. 无机PSC器件的电池性能

(a)CuInS2/ZnS量子点修饰无机PSC器件的J-V曲线。

(b)无机PSC器件的稳态输出。

(c)无机PSC器件的效率分布。

(d)无机PSC器件在RH=80%环境中的稳定性。

4. 无机PSC器件的电荷提取性能

(a)电池器件的PL图谱。

(b)电池器件的瞬态荧光光谱。

(c)无机PSC器件的复合电流。

(d)电池器件的阻抗图谱。

【小结】

研究人员利用CuInS2/ZnS量子点的带隙调控优化了钙钛矿/碳界面的能级结构,改善了无机PSC器件的空穴提取能力,获得了8.42%的光电转换效率,并探讨了不同带隙量子点对电池性能的影响。这项工作对于深化电荷提取能力的界面工程研究提供了新思路。

文献链接:Toward charge extraction in all-inorganic perovskite solar cells by interfacial engineering (J. Mater. Chem. A, 2018, DOI:10.1039/C8TA02522C)

本文由材暨南大学唐群委教授课题组供稿,特此感谢。

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