Advanced Energy Materials:前表面梯度能级助力提升钙钛矿光伏器件性能

太阳能电池中的载流子复合通量不仅取决于复合中心,还与少数载流子的空间分布相关。在钙钛矿光伏领域,以往的报道基本专注于钙钛矿材料体内或表面的缺陷钝化,而忽视了载流子的空间分布问题。

苏州大学陈崧课题组通过在正型钙钛矿光伏器件的前表面引入能级梯度,使少数载流子远离富含缺陷的界面,从而有效减少了少数载流子在界面处的非辐射复合。

前表面能级梯度在除钙钛矿以外的薄膜光伏中早已有应用。该设计通过增加吸光层在前表面处的带隙宽度降低少子的表面复合,同时又能不影响吸光层剩余部分对于光电流的贡献。然而,由于钙钛矿吸光层的制备方式,人们无法通过常规的多次成膜方案实现钙钛矿的梯度结构。因此,具有一定溶剂抵御能力的钙钛矿量子点成为了合适的选择。作者通过在电子传输层和吸光层之间引入较宽带隙的CsPbBr3量子点成功实现了钙钛矿器件的前表面能级梯度。光电子能谱证明了前表面能级结构有利于降低前表面附近的少数载流子浓度,并且不会阻碍多数载流子的抽取。多组独立实验和一维模型计算协同证明了,仅凭借表面能级梯度,在不采取缺陷钝化策略的情况下正型钙钛矿光伏器件的非辐射复合损失可被充分降低。最终,三元阳离子(CsFAMA)和MAPbI3钙钛矿器件都明显提升了开路电压和能量转换效率。

第一作者:郭明轩 苏州大学材料与化学化工学部 博士研究生

通讯作者:陈崧 苏州大学材料与化学化工学部 教授

论文信息:

Perovskite solar cells with front surface gradient

Mingxuan Guo, Jun Bo, Xingtong Chen, Peng Wan, Mengyu Chen, Qinyi Li, Chengzhao Luo, Yu Chen, Song Chen*

Advanced Energy Materials

DOI:10.1002/aenm.202101080

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202101080