光子陷阱:格栅化钙钛矿高效太阳能电池

有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池以其出色的光电转换效率引起了科学家的广泛关注。近年来,其光电转化性能取得了突飞猛进的发展,目前经过认证的最高光电转换效率已突破22.7%,但仍远未到达其理论效率31%。钙钛矿太阳能电池在追求高转换效率的同时,如何不断提高电池稳定性、拓宽吸收光谱范围和增强光捕获性能成为当前的研究热点。

中科院化学研究所绿色印刷实验室宋延林研究员课题组的研究人员针对这些问题,利用光在传播过程中遇到障碍物时,光将偏离直线传播的路径而绕到障碍物后面传播的光衍射现象,构筑不同周期的光栅结构,可以使入射光在光栅结构中发生衍射并且富集。研究人员使用商业化的光盘(CD和DVD光盘)作为模板,通过梯度退火控制钙钛矿成核及限域生长控制钙钛矿生长的方法,直接在钙钛矿活性层表面压印构筑大面积不同周期的光栅结构。同时,显著提高了钙钛矿结晶性能,降低了钙钛矿薄膜的表面缺陷。研究发现,光增益结构(光栅结构)和限域生长(高结晶性能和低表面缺陷)对提高钙钛矿的光生电流、开路电压和电池器件的稳定性有直接的影响。最终,钙钛矿太阳能电池的光生电流从21.67 mAcm-2提高至23.11 mAcm-2,光电转换效率从16.71%提高至19.71%。实现高效的光捕获从而大幅提高器件的光电转换效率。

相关论文近期发表在Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.201702960)上作为Inside Cover报道。文章第一作者为汪洋博士后。通讯作者为宋延林研究员与李明珠研究员。

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