基于固态离子液电子传输材料的高效柔性钙钛矿太阳能电池

金属有机卤化钙钛矿材料由于具有大的吸光系数,高电荷迁移率、长迁移距离、双极传输以及极低的缺陷态密度等优点,在廉价太阳能电池以及其它光电器件中展现出极大地应用价值。因器件制备方法简单、材料廉价、对污染物不敏感等突出优点,钙钛矿有望成为光伏、激光、发光等领域的革命性材料和技术。目前,经过NREL认证的钙钛矿太阳电池光电转换效率已经超过22%,接近单晶硅太阳能电池的效率。伴随其发展起来的柔性钙钛矿太阳能电池由于具有质量轻,便携式,易于运输、安装等突出优点而备受关注。

钙钛矿太阳能电池均采用典型的三明治构型(阴极/电子传输材料/钙钛矿吸光层/空穴传输材料/阳极)。其中,电子传输材料对器件性能的提高至关重要。目前,高效率钙钛矿太阳能电池中多采用无机金属盐类,例如氧化钛,氧化锌,氧化锡等,作为器件中电子提取和输运的材料,这些材料通常需要较高的温度进行处理,此过程不仅增加了能耗,同时也限制了柔性钙钛矿太阳能电池的应用。

AM-yangdong

陕西师范大学刘生忠教授、杨栋博士及其研究团队利用一种固态离子液作为钙钛矿太阳能电池的电子传输材料,提升了器件的效率,同时很好的抑制了电池中的电流-电压滞后效应,制备的柔性电池效率达到16.09%,突破了目前柔性器件的最高效率。该固态离子液具有较低的费米能级(-4.32eV)和极大的禁带宽度(4.59eV),可以实现器件中电子的顺利提取,同时也可以有效抑制空穴向阴极传输。研究发现优异的器件性能主要归因于该离子液具有很好的光增透作用、高电子迁移率和合适的能级位置,同时离子液电子传输材料可以减少钙钛矿薄膜中的缺陷。这一研究成果为实现低成本、大面积柔性钙钛矿太阳能电池提供了切实可行的途径。相关工作发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201600446)上。