用于钙钛矿太阳电池的新型空穴传输材料: 氧化亚铜和氧化铜

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       6年来,钙钛矿太阳电池发展迅猛,能量转化效率从3.8%提高到20.1%。因为效率高、成本低,有很好的应用前景。过去,钙钛矿太阳电池采用TiO2作为电子传输层,Spiro-OMeTAD作为空穴传输层。TiO2需要高温制备(>400 ºC),而Spiro-OMeTAD中的掺杂剂会降低电池稳定性。之后人们采用PEDOT:PSS作为空穴传输层,PC61BM作为电子传输层来制备钙钛矿太阳电池,这种电池可以低温制备,成本低。但是酸性的PEDOT:PSS会腐蚀ITO,降低电池稳定性。国家纳米科学中心丁黎明课题组采用低温溶液法制备氧化亚铜和氧化铜空穴传输层,提高了电池效率和稳定性。

        制备氧化亚铜的方法包括电化学沉积法、溅射法等,这些方法需要特殊设备,成本高。丁黎明课题组采用低温溶液法制备氧化亚铜。在ITO基底上旋涂碘化亚铜的乙腈溶液以制备碘化亚铜薄膜,将之浸入10 mg/mL氢氧化钠水溶液中可原位生成氧化亚铜薄膜;在空气中250 ºC加热获得氧化铜薄膜。氧化亚铜和氧化铜电池的效率分别为13.35%和12.16%,高于PEDOT电池(11.04%)。由于氧化亚铜和氧化铜与钙钛矿能级更匹配,电池开路电压和短路电流有明显提高。另外,氧化亚铜和氧化铜的透光率均高于PEDOT:PSS,有利于提高光电流。氧化亚铜电池放置70天后效率仍保持初始效率的90%以上,显示良好稳定性。本工作发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201501330)上。