使用氧化镁纳米颗粒修饰阳极,构建高效氧化锡平面钙钛矿太阳能电池

钙钛矿作为一种新型的吸光材料,具有合适的带隙、理想的电子空穴扩散长度、高的吸光系数等特性。这些优势使得钙钛矿太阳能电池在几年之内迅速成为全球的研究热点,其优异的光伏性能已达到与硅太阳能电池相当的水平,并且制备工艺简单,成本低廉,显现出巨大的商业化潜力。

二氧化锡作为一种新型的电子传输层材料,具有的高迁移率、减反增透、以及可以低温制备等优点,显现出巨大的应用前景。进一步优化基于二氧化锡电子传输层的钙钛矿太阳能电池的性能,对于发展钙钛矿太阳能电池具有重要的意义。对于平面结构的电池来说,致密的电子传输层在电子传输以及空穴阻挡过程中发挥重要的作用,但是,研究发现,单层的电子传输层在有效地传输电子的过程中往往不能够充分的保证阻挡空穴的复合。如果增加电子传输层的厚度会引起高的串联电阻,但是减小电子传输层厚度后,又容易产生漏电。由于这些因素的限制,单层的电子传输层可能不能够充分的阻挡电子和空穴的复合,进而对器件的性能产生不利的影响。

减小界面的载流子的复合以及电荷传输过程中的能量损失,是进一步提升电池性能的有效手段。众多的科研工作者尝试改善电子传输层和钙钛矿之间的界面,并且取得显著的成效,然而对于阳极和电子传输层之间的界面问题并没有引起足够多的重视。氧化镁作为一种宽带隙的自旋电子学隧穿材料,能够在抑制电子和空穴的复合的问题上发挥独特的作用。

Untitled武汉大学物理科学与技术学院方国家教授课题组的研究人员,应用宽带隙的氧化镁纳米层,修饰钙钛矿太阳能电池的二氧化锡电子传输层和阳极之间的界面,形成二氧化锡/氧化镁双薄层结构,实现了有效的电荷输运和空穴阻挡特性,使器件性能得到显著提高。通过n-i-p异质结工作机制的进一步分析,阐释了氧化镁对于电荷输运和减小复合作用的机理。MgO一方面由于其低的价带位置有效地抑制了界面中电子和空穴的复合,减小了漏电流,另一方面,钝化了阳极的表面缺陷,改善了氧化锡的成膜质量。通过这一简单的方法,钙钛矿太阳能电池器件获得了18.82%的光电转换效率。

研究者相信,此项研究将会为进一步提高二氧化锡体系的钙钛矿界性能打开了一扇窗户,并为解决钙钛矿界面修饰的问题提供新的思路。相关论文在线发表在Advanced Science(DOI: 10.1002/advs.201700031)上

Speak Your Mind

*