Small Methods: 一种应用于钙钛矿太阳电池隧穿层的新型绝缘材料

有机无机杂化钙钛矿(OIHP)材料自2009年应用到太阳电池中以来,能量转化效率突飞猛进,从3.81%提高到22.1%。同时,其材料成本低廉、制备工艺简单和可溶液大面积加工等优势成为光伏市场的一个重要挑战者。为了得到更高效的钙钛矿太阳电池(PSCs),尤其是对于平面结构PSCs而言,提高钙钛矿层与电极之间的界面质量尤为关键。反式平面(n–i–p)结构PSCs空穴传输层(HTL)紧领着底部阳极,电子传输层(ETL)位于顶部阴极与钙钛矿层之间。相比于种类较多的HTL材料而言,ETL材料的选择较少,富勒烯及其衍生物(如PCBM)是应用较为广泛的ETL材料。那么,在有限的ETL材料选择下如何提升ETL与钙钛矿层之间的界面质量呢?研究表明,在钙钛矿层与ETL之间加一层隧穿层(tunneling layer)不仅可以提高效率,还可以提升器件的稳定性,这引起了科研界的广泛关注。

近日,美国耶鲁大学André D. Taylor教授,美国约翰霍普金斯大学Howard E. Katz教授及中国电子科技大学的于军胜教授课题组报道了一种介于钙钛矿层和PCBM层之间的新型绝缘隧穿层材料poly(perfluorobutenylvinylether)(简称Cytop),使得能量转化效率从11.9%提高到14.5%。据报道,Cytop这种隧穿层材料不仅可以填补钙钛矿层表面的针孔来减少缺陷,而且有着较强的电子抽取能力,可以促进电荷转移并抑制电荷复合。在稳定性方面,Cytop材料有着较好的耐水性,器件的寿命得到了很大的提升。在1500h的测试时间下,有着Cytop隧穿层的器件效率下降到原来的78%,而没有Cytop隧穿层的器件效率下降到原来的22%,使其更具有实际应用的价值。这个工作表明绝缘性聚合物,特别是全氟化聚合物,在提升PSCs器件性能和稳定性方面有着较大的潜力。本论文发表于Small Methods(DOI:10.1002/smtd.201700244)上。

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