Advanced Functional Materials:Co3O4-SrCO3渗滤结构无机空穴传输层助力高效钙钛矿太阳能电池

在众多新型光伏器件中,钙钛矿太阳能电池具有广阔的发展前景和应用潜力,吸引了学术界和工业界的广泛关注。其中空穴传输层(HTLs, Hole transport layers)作为钙钛矿电池的关键组成部分,可以有效地提取和传输钙钛矿光吸收层中产生的光生载流子,并抑制空穴层与钙钛矿界面处的载流子复合现象,从而促进器件性能的提升。目前主流的空穴传输层仍为有机材料(例如Spiro-OMeTAD, PTAA等),其高昂的成本、复杂的制备工艺以及部分材料需要引入吸湿掺杂剂,极大地限制了钙钛矿电池的商业化应用。相比之下,无机空穴传输层材料具有低廉的成本、良好的光电性能以及优异的物理和化学稳定性,成为近年来该领域的研究热点。因此,开发和设计高性能无机空穴传输层材料,是获得稳定、高效钙钛矿电池的有效技术路径。

最近,华东理工大学杨化桂教授和杨双教授团队利用溶液法制备了一系列无机金属氧化物材料(Co3O4、NiO、CuO、Fe2O3和MnO2)和宽禁带材料SrCO3复合的渗滤结构薄膜,并将其用作钙钛矿电池的空穴传输层。作为低成本且可溶液法制备的无机HTLs,稳定的双相渗滤结构具有优异的导电性和匹配的能带结构,优化了空穴的提取和传输路径并抑制了界面处的载流子的复合。其中基于Co3O4-SrCO3空穴传输层的钙钛矿电池最佳效率高达21.84%,填充因子达到0.828,显著地优于对应的单一SrCO3 HTLs(8.08%)和Co3O4 HTLs(15.47%)的器件效率。该工作为设计高效的空穴传输层材料提供了一个新选项,同时为电荷的有效提取和传输提供了一个优化策略,并有望广泛应用于其他光电薄膜器件中。

论文第一作者为华东理工大学葛兵博士,通讯作者为华东理工大学杨化桂教授和杨双教授。

论文信息:

Self-Organized Co3O4-SrCO3 Percolative Composites Enabling Nanosized Hole Transport Pathways for Perovskite Solar Cells

Bing Ge, Zi Ren Zhou, Xue Feng Wu, Li Rong Zheng, Sheng Dai, Ai Ping Chen, Yu Hou, Hua Gui Yang* and Shuang Yang*

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202106121

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202106121