Advanced Functional Materials:能级修饰助力碳基CsPbI2Br太阳电池实现14%的认证效率

传统的有机-无机钙矿太阳电池具有优异的光伏性能,然而有机组分的热分解性、空穴传输材料中掺杂剂的吸湿性以及卤素离子迁移引起的金属电极腐蚀等稳定性问题使其商业化应用面临巨大的挑战。无空穴传输材料的碳基无机钙钛矿太阳电池(C-PSC)可以有效避免上述问题,在器件稳定性方面具有明显优势,近年来受到了广泛的研究与关注。然而,无机钙钛矿与碳电极之间的能级失配,以及碳电极不能将入射的太阳光反射回钙钛矿层重吸收限制了C-PSC的光电转换效率。

近日,华南农业大学饶华商副教授、钟新华教授课题组报道了一种基于己基三甲基溴化铵(HTAB)的表面修饰策略,用于减小CsPbI2Br钙钛矿层与碳电极界面能级差。实验结果表明修饰后的能级差由0.70 eV降低到0.32 eV,导致最终器件的内建电势提高了70 mV。此外,钙钛矿层与碳电极界面间更高的势垒有助于抑制光生电子的反向注入复合。因此,HTAB能级修饰策略可以有效地改善载流子提取与收集,抑制电荷复合过程,从而增强光伏性能。另一方面,通过采用热气流辅助的旋涂沉积工艺,厚度高达800nm的高质量CsPbI2Br钙钛矿薄膜可以在相对湿度80%以下的大气环境中方便制备。足够厚的钙钛矿薄膜保证了对太阳光的全吸收,大气环境的制备条件为日后规模化生产极大地节约了成本。HTAB能级修饰策略带来的钙钛矿层与碳电极能级失配的降低和电荷复合的抑制,加之热气流辅助的旋涂沉积工艺制备的厚钙钛矿层对入射太阳光的全吸收,组装的CsPbI2Br C-PSC平均效率达到13.9% (Jsc=14.0 mA cm−2, Voc=1.25 V, FF=0.791), 并获得了经第三方认证的14.0%效率 (Jsc=13.9 mA cm−2, Voc=1.25 V, FF=0.805)。这较未经HTAB修饰的常规旋涂工艺下制备的钙钛矿膜所组装的C-PSC平均效率9.9% (Jsc=12.9 mA cm−2, Voc=1.11 V, FF=0.694)有了大幅的提高。

相关结果发表在Advanced Functional Materials上。

论文信息:

Modification of Energy Level Alignment for Boosting Carbon‐Based CsPbI2Br Solar Cells with 14% Certified Efficiency

Guizhi Zhang, Pengfei Xie, Zhaoshuai Huang, Zechao Yang, Zhenxiao Pan, Yueping Fang, Huashang Rao, Xinhua Zhong

Advanced Functional Materials

DOI:  10.1002/adfm.202011187