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浙江大学陈红征教授JMCA:结合溶剂与界面工程制备效率15%反型二维钙钛矿太阳能电池
2019-08-03  来源:高分子科技

  二维结构有机-无机杂化钙钛矿材料,具有优于三维钙钛矿材料的耐潮湿稳定性,但基于二维钙钛矿材料的太阳电池效率都低于三维钙钛矿电池。制备高性能二维钙钛矿太阳电池一方面要制备高质量的二维钙钛矿晶体薄膜,薄膜由垂直基底取向的大尺寸晶粒构成,以实现光生载流子传输能力的提升;另一方面要提高能级匹配度,减少界面间的电荷复合,从而提高开路电压。

  近日,浙江大学陈红征教授团队通过结合溶剂和界面工程方法,实现了二维钙钛矿太阳电池的短路电流和开路电压的同时提高。一方面,他们以甲酰胺/N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂配制前驱体溶液,利用甲酰胺高的沸点和极性,促进了高质量二维钙钛矿(BA,GA)2MA4Pb5I16薄膜的形成。从SEM、XRD和GIWAXS结果可知,甲酰胺的添加可以改善薄膜中晶粒的生长取向,保证了光生载流子沿内建场方向的快速传输;晶粒尺寸也进一步增大,有利于减少晶界,抑制载流子的复合,使短路电流从13.23 mA cm-2大幅度提高到17.02 mA cm-2,效率从10.56% 提高到13.53%。

  他们进一步用PCP-Na取代PEDOT:PSS做为空穴传输层来优化能级排列,以减少界面能量损失。PCP-Na具有比PEDOT:PSS更深的HOMO能级,与二维钙钛矿(BA,GA)2MA4Pb5I16的能级更加匹配,Na+也有助于空穴陷阱的填充。最终器件开路电压明显提高,从1.03V 提高到1.17V,效率从13.53%提高到15.86%。未封装器件在湿度25±5%的空气环境中储存1200小时,效率下降幅度约为7%,显示出很好的稳定性。

  以上相关成果发表在Journal of Materials Chemistry A (2019, DOI: 10.1039/C9TA04658E)上。论文的第一作者为浙江大学高分子科学与工程学系硕士研究生连小梅,第一通讯作者为陈红征教授,共同通讯作者为吴刚副教授

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