Nano Select:无机空穴传输材料在高效稳定钙钛矿太阳能电池中的应用的研究进展

钙钛矿材料具有吸光系数高,激子结合能低,载流子迁移率高、成本低廉等众多优点,这使得它非常适合作为吸光材料应用在太阳能电池器件中。作为一种新兴的光电转换器件,钙钛矿太阳能电池在短短近十年的发展时间里已经实现超过25%的能量转换效率,接近商业化的硅太阳能电池。在钙钛矿太阳能电池结构中,空穴传输层起着阻挡电子、传输空穴、保护钙钛矿层等重要作用。目前高效率的钙钛矿太阳能电池中往往采用新型有机材料作为空穴传输层,然而有机空穴传输材料具有合成复杂、成本高,迁移率低等缺点,因此研究者们将越来越多的目光投向性能更加稳定、成本更加低廉的无机传输材料。

西安电子科技大学常晶晶教授课题组近期在Nano Select上发表的综述文章“Recent Progress of Inorganic Hole Transport Materials for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells”(DOI: 10.1002/nano.202000238)对无机空穴传输材料的优势以及近年来它们在钙钛矿太阳能电池中的应用现状和发展前景进行了系统地阐述。该综述首先介绍了钙钛矿太阳能电池中空穴传输层的重要性以及合适的空穴传输材料所必须具备的性质。通过对有机空穴传输材料和无机空穴传输材料的对比,可以得知无机空穴传输材料具备成本低、迁移率高、制备工艺简单和稳定性好等多种优势,在大面积组件和柔性器件的制备中有着发展潜力。接着,该综述对几种无机空穴传输材料(氧化镍、掺杂氧化镍、碘化亚铜、硫氰酸亚铜、硫化铜、氧化铜及氧化亚铜等)的性质和在钙钛矿太阳能电池中的实际应用进行了详细的介绍。对于最常见的氧化镍无机空穴传输材料,还进一步根据其制备方法的不同进行了更加详细的介绍。最后,该综述进行了总结和展望,根据目前的研究提出了未来无机空穴传输层在钙钛矿太阳能电池中的几个可行的研究方向,包括寻找新材料、掺杂或者与现有的高效有机空穴传输层相结合等。

虽然到目前为止基于无机空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池的最高效率低于基于有机空穴传输材料的最高效率,但研究者相信,归功于无机空穴传输材料所具有的种种优势,加之未来研究者的努力,基于无机空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池一定可以同时实现高效率和良好的稳定性。此外,无机空穴传输材料多种多样的制备方法,使得它们制备灵活,工艺简单,在大面积组件或者柔性器件的制备中也一定会发挥出巨大的作用。

上述研究工作得到了国家自然科学基金项目(61704131, 61804111)、国家重点研发计划(Grant 2018YFB2202900)、陕西省重点研发计划(Grant 2020GY-310)等项目的支持。