研究背景

寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池在疊層電池、半透明器件、室內(nèi)光伏等領(lǐng)域具有重要意義，尤其是作為鈣鈦礦基多結(jié)疊層太陽能電池不可或缺的一部分，效率潛力超過40%。然而寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池存在嚴(yán)重的開路電壓損失和相分離問題，影響了其光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。溶液法制備的多晶寬帶隙鈣鈦礦薄膜中存在很多缺陷，一方面這些缺陷會作為載流子復(fù)合中心引起嚴(yán)重的非輻射復(fù)合，從而導(dǎo)致電壓損失。

另一方面，寬帶隙鈣鈦礦薄膜表面或晶界處的缺陷會成為水汽、空氣等入侵鈣鈦礦的通道，會降低寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性。二維鈣鈦礦由于具有絕緣間隔層，已經(jīng)被證明可以解決鈣鈦礦的不穩(wěn)定性問題。但由于量子阱和介電效應(yīng)的限制，其效率遠(yuǎn)不如3D鈣鈦礦。

成果簡介

西南石油大學(xué)于華教授團(tuán)隊通過二胺有機(jī)鹽2, 2’-(乙烯二氧)雙乙胺氫碘酸鹽(EDBEI2)對3D寬帶隙鈣鈦礦進(jìn)行表面鈍化，能夠在3D寬帶隙鈣鈦礦表面原位生成Dion-Jacobson型2D鈣鈦礦，從而構(gòu)建了一種2D/3D鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以平衡高效率和穩(wěn)定性的問題。研究發(fā)現(xiàn)，采用EDBEI2鈍化后減少了寬帶隙鈣鈦礦薄膜的表面缺陷和鈣鈦礦/spiro-OMeTAD界面處的電荷復(fù)合。

同時，2D/3D鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化了鈣鈦礦/spiro-OMeTAD界面的能級結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了界面處的空穴抽取和轉(zhuǎn)移，從而減少了開路電壓損失，使得帶隙為1.75 eV鈣鈦礦太陽能電池實現(xiàn)了1.28 V的開路電壓為和18.85%的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，由于Dion-Jacobson型2D鈣鈦礦優(yōu)異的疏水性，使得鈍化后寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性得到提高。

圖1 (a)EDBEI2鈍化后鈣鈦礦晶體的示意圖，(b)EDBEI2鈍化前后電池的J-V曲線，(c)EDBEI2鈍化前后對電池穩(wěn)定性的影響

審核編輯：劉清