InfoMat:基于三维阵列BiI3纳米片的低成本高性能太阳能电池

太阳能是世界上最丰富的可持续能源之一。寻找一种成本低、效率高、无毒以及环境稳定的太阳能吸收体是实现新一代高性能太阳能电池的关键。多层太阳能吸收器因其独特的结构和性能获得了巨大的关注。其中,BiI3具有合适的带宽,高吸收效率,高电子迁移率以及低的载流子浓度,在光伏领域极具潜力。然而当前应用于光伏领域的BiI3并没有展现出优异的性能。如何获得基于BiI3的高性能多层太阳能吸收体是一大研究难点。

基于此,香港科技大学的范智勇副教授通过气-固-固相反应制备了高质量垂直生长的单晶BiI3纳米片阵列(BiI3 NSs),应用于三维异质结太阳能电池,展现了高的能量转换效率和良好的稳定性。

BiI3是层状结构材料,面内与层间结合力不同,载流子更容易在I-Bi-I面内迁移。而单晶材料更利于载流子的传输。基于以上两个方面,研究者们制备了沿(110)面的垂直单晶BiI3纳米片阵列。纳米片尺寸约200-400 nm,厚度约50 nm。纳米片阵列的窄间隙也有助于电子-空穴对的分离。

研究者基于BiI3纳米片构筑了FTO/SnO2/BiI3 NSs/spiro‐OMeTAD/Au的三维异质结太阳能电池。其能量转换效率高达1.45%,是目前关于BiI3基太阳能电池的报道中的最高转换效率。同时,该器件具有良好的环境稳定性。未封装器件在70%的湿度条件下,连续24h光照,其转换效率保持在96%,而在30%的湿度环境保存连续1个月,器件的初始转换效率保持在82%。该工作(DOI: 10.1002/inf2.12070)为制备高效低成本和长期稳定性的太阳能电池提供了一种极具潜力的材料。