Energ. Environ. Sci. 陕师大&大连化物所钙钛矿太阳能电池新进展：表面优化去滞后效率创纪录

【引言】

有机金属卤化物钙钛矿具有优异的性能，如吸收系数大、载流子扩散长度长、激子结合能小以及异常低的缺陷敏感性，是作为太阳能光伏、光电，以及包括光电探测器、光发射、激光器等光电应用程序在内的理想替代品，已经吸引了各国学者的广泛关注。

通常，多数高效钙钛矿太阳能光伏采用介观结构，但其复杂的结构需要在高温下进行加工，不仅增加了制造成本，也限制了其应用。比如平面钙钛矿太阳能电池（PSCs），其相比介孔结构，面临两个主要挑战：（1）PSCs的最高能量转换效率（PCE）远低于介观结构太阳能光伏；（2）当在不同扫描方向进行测量时，PSCs中光电流密度-电压（J-V）常常存在令人厌烦的滞后现象，使得精确的效率测量备受挑战。

【成果简介】

活性钙钛矿与阴极之间的电子传递层（ETL）在平面钙钛矿太阳能电池中起着至关重要的作用。近日，由陕西师范大学刘生忠教授（通讯作者，国家“千人计划”特聘教授）和中科院大连化学物理研究所李灿研究员（通讯作者，中科院院士）领导的研究团队，采用一种高光透性、优越电子迁移率的特殊离子液体（IL），通过其对TiO2 ETL的表面优化，使得太阳能电池的效率得到大幅改善，高达19.62%（此前获得过认证的为19.42%），超过了以往平面CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池的最高效率。而且，令人惊奇的是，糟糕的滞后现象被彻底消除。

【图文导读】

图1 TiO2和m-TiO2的微观结构与光谱图

（a）原子力显微镜（AFM）图

（b）TiO2和m-TiO2样品的X射线光电子能谱（XPS），左上方插图为高分辨率XPS Ti2p光谱

（c）TiO2和m-TiO2的电子迁移率

（d）TiO2和m-TiO2膜的投射光谱

图2 钙钛矿太阳能电池的特性

（a）钙钛矿太阳能电池（PSC）能级说明示意图

（b）PSC设备的横截面SEM的典型代表图

（c）反向与正向扫描的J-V特性曲线

（d）基于不同电子传递层（ETLs）最好设备的对应外部量子效率（EQE）

（e）使用TiO2和m-TiO2 ETLs的PSCs能量转换效率分布直方图

（f）对应Vmp为82V和0.92V时TiO2和m-TiO2设备光电流密度与时间的关系

图3 TiO2和m-TiO2基底PSCs的性能

（a）单电子设备暗I-V测量展示了V_TFL（陷阱填充极限电压）的扭节点行为，插图为设备结构

（b,c）分别为使用TiO2和m-TiO2基底PSCs光强度与Jsc（短路电流密度）和Voc（开路电压）的关系

图4 钙钛矿太阳能电池性能曲线

（a）钙钛矿薄膜中不同基底光致发光（PL）曲线

（b）不同ETLs 钙钛矿太阳能电池（PSCs）的电子抗光谱（EIS）

文献链接：Surface optimization to eliminate hysteresis for record efficiency planar perovskite solar cells（Energ. Environ. Sci.，2016，DOI: 10.1039/C6EE02139E）

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