Solar RRL:衍生相倾力相助——构建梯度带隙结构的全溴化物无机钙钛矿太阳电池

追求高效率,低成本,长寿命的太阳能电池一直是科学家们为之奋斗的目标。以CsPbX3为代表的无机钙钛矿太阳能电池因具有其良好的耐热、耐湿特性以及高的载流子迁移率等特点得到了研究人员们的广泛专注。相比于传统有机-无机杂化钙钛矿电池高达23.7%的转换效率,全无机钙钛矿电池的依旧具有很大的提升空间。立方相无机钙钛矿有多种衍生相结构,不同衍生相的大量存在及相转变过程将会造成器件活性层的不稳定以及性能的衰减。如何认识了解这些钙钛矿衍生相,控制衍生相的生成以及调控相转变过程来构建稳定的钙钛矿活性层薄膜,是众多研究人员面临的一个艰难的挑战。

合肥工业大学材料科学与工程学院蒋阳教授课题组联合日本冲绳科学技术大学院大学(OIST)Yabing Qi教授课题组,提出采用连续物理气相沉积工艺制备CsPbBr3及其衍生相(CsPb2Br5, Cs4PbBr6),利用衍生相在CsPbBr3晶粒表面原位生长的特性,构建出具有梯度带隙结构的全无机溴化物钙钛矿太阳能电池。通过UPS分析得到纯的CsPbBr3 活性层与CsPbBr3-CsPb2Br5及CsPbBr3-Cs4PbBr6层的价带顶的位置分别在5.67 eV, 5.54 eV和5.49 eV处。这种梯度带隙结构能够降低无机钙钛矿活性层与碳电极间的能级差,促进空穴的提取。同时,衍生相的出现,使得导带底的位置上移,阻挡了电子的逆向传输,显著降低了电子-空穴对在碳电极和钙钛矿表面的复合几率。通过进一步优化沉积工艺,最终获得转换效率高达10.17%的CsPbBr3全无机钙钛矿太阳能电池。此外,研究人员发现,该结构器件在空气中及高温条件下分别放置3000 h和700 h,依旧能保持80%的初始效率,展现出良好的稳定性,也为制备低成本、高效率、长寿命全无机钙钛矿电池提供了新的思路,

相关研究成果“High Efficient Hole Extraction and Stable All-Bromide Inorganic Perovskite Solar Cells via Derivative-Phase Gradient Bandgap Architecture” 发表在Solar RRL上(DOI: 10.1002/solr.201900030),并被Advanced Science News 作为亮点形式报道。童国庆博士为本文的第一作者,相关工作还得到了南京大学电子学院余林蔚教授课题组的帮助。

Advanced Science News新闻链接:https://www.advancedsciencenews.com/inorganic-perovskite-solar-cells-towards-low-cost-high-efficiency-and-long-term-stability/