Solar RRL:高效钙钛矿太阳能电池的制备–铂离子掺杂二氧化钛作为电子传输层

作为太阳能电池的重要组成部分,电子传输材料对钙钛矿太阳能电池性能有着直接且显著的影响。因此,对电子传输材料的深入研究对于钙钛矿太阳能电池性能的进一步提升有着重要的意义。水热法二氧化钛(TiO2)致密层凭借其简便低温的制备过程,常被用作n-i-p型钙钛矿太阳能电池的电子传输层。然而,其本身较低的电荷迁移率及较高的表面缺陷限制了其在器件中的应用。针对这一问题,近日,苏州大学廖良生教授、王照奎教授课题组及武汉大学方鹏飞教授(共同通讯作者)课题组共同合作,在Solar RRL 上发表了一篇名为“Enhanced Electrical Property of Compact TiO2 Layer via Platinum Doping for High-Performance Perovskite Solar cells”的文章。此项工作的第一作者为武汉大学的博士生姜璐璐。研究者针对电子迁移率低及界面缺陷问题利用铂离子掺杂二氧化钛作为电子传输层进行了研究:通过在二氧化钛制备过程中,掺杂一定量的铂离子,在优化好掺杂量后,传输层与钙钛矿界面处缺陷得到很大程度的改善,界面处电荷聚集也显著减少,电荷迁移率明显提升。

由于致密层TiO2的制备是通过水热法,通过在其前驱体溶液中引入适量氯铂酸,在水解过程中,铂离子会介入TiO2晶格内,改性后的电子传输层能带结构更有利于界面处的电荷传输,提高界面处的电荷萃取。改性后TiO2传输层结晶更加致密,有效消除了其表面缺陷,且上层钙钛矿的结晶也得到显著改善,有利于形成完整覆盖无孔洞的光功能层,有效消除了界面处电荷复合带来的能量损失。 这种采用离子掺杂低温水热法制备TiO2电子传输层的方法,大大提高了钙钛矿电池的电子抽取效率,抑制了其I-V曲线回滞效应,使得电池性能得到大幅度提升,开路电压高达1.15 V, 填充因子可提高到0.75,最高效率达到了20.05 %。相关结果发表在Solar RRL(DOI:10.1002/solr.201800149)上。