高效率的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的界面工程

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1、高效率的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的界面工程促進(jìn)鈣鈦礦的理論能量轉(zhuǎn)換效率依賴太陽(yáng)能電池技術(shù)，而且需要微妙的動(dòng)力學(xué)在整個(gè)動(dòng)態(tài)控制設(shè)備。通過(guò)控制層鈣鈦礦的形成和仔細(xì)的選擇其他的材料，我們抑制載波的復(fù)合吸收劑,促進(jìn)載體注入到載波傳輸層，保持著良好的載波提取的屯極。當(dāng)通過(guò)反向偏壓掃描，測(cè)量電池PCE通常平均提高了16.6%,效率最高的19.3%是在一個(gè)沒(méi)有抗反射涂層的平面幾何上。制造鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是在空氣和低溫下從解決方案進(jìn)行的，這應(yīng)該簡(jiǎn)化制造大面積鈣鈦礦設(shè)備的性價(jià)比。冇機(jī)和無(wú)機(jī)雜化材料，特別是鈣鈦礦族，都表現(xiàn)出場(chǎng)效應(yīng)大冇希望轉(zhuǎn)錄電阻取值，發(fā)光二極管，傳感器，和光電檢測(cè)器使用超過(guò)十年

2、。最近，鉛鹵化物鈣鈦礦(CH3NH3PbX3,X=Cl,Br,T)鉛鹵化物鈣鈦礦為主的薄膜光伏器件功率轉(zhuǎn)換效率PCE在短短4年(2-6)從3.8%飆升到17%以上。在一個(gè)典型的鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池中，一個(gè)兒百納米厚的吸收層，具有或不具有介孔的支架，被夾在電子和空穴傳輸層(ETLsandHTLs,respectively)Z間。當(dāng)入射的光子吸收，載流子在其通過(guò)傳輸路徑，包括在ETL或IITL時(shí)，在電極上，并在兩者Z間的每個(gè)接I」行進(jìn)吸收器創(chuàng)建的。為了增加全氯乙烯，必須精確地操縱載體沿從整個(gè)通路吸收到兩個(gè)電極。迄今為止，迅速取得了進(jìn)展在每個(gè)隔離層，主要側(cè)重于鈣鈦礦薄膜加工及

3、相關(guān)材料的設(shè)計(jì)。其結(jié)呆，各種處理方法已被報(bào)道，聚焦在吸收特性和由此產(chǎn)生的器件的性能(7-15)o這些包括單步和連續(xù)溶液沉積(7-10),真空淀積(11),以及蒸汽輔助的溶液處理(12),它清楚地顯示的結(jié)構(gòu)中，組合物之間冇很強(qiáng)的關(guān)系，和鈣鈦礦型吸收劑的相應(yīng)屬性。根據(jù)其混合性質(zhì)的深入了解，一個(gè)微妙的控制權(quán)，在鈣鈦礦薄膜的載流子是正常現(xiàn)象。盡管我們的比較初期的這個(gè)類吸收材料的理解，許多成功已通過(guò)優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)和引入新的材料作為載流了傳輸層(16-30),特別是ETL的材料，如二氧化鈦，氧化鋅，二氧化鈦和石墨烯的復(fù)合材料來(lái)實(shí)現(xiàn)(20-26)。雖然這些材料的改進(jìn)的電了特性可以提供

4、設(shè)備的性能優(yōu)勢(shì)，吸收器，傳輸層和電極之間的界面障礙往往被視為與產(chǎn)生和保存載體種群的吸收劑本身相比次要關(guān)注。在追求高四氯乙烯，細(xì)胞就會(huì)不可避免地需要一個(gè)優(yōu)化的載流子傳輸途徑，充分利用所有的設(shè)備層和其相應(yīng)的接II。我們已經(jīng)通過(guò)在鈣鈦礦薄膜，在ETL和其有關(guān)的接II的勘探操縱跨越溶液處理的平面異質(zhì)結(jié)的鈣鈦礦太陽(yáng)能屯池的高效載體通路載體的行為。我們證明通過(guò)控制濕度條件下增強(qiáng)的重建過(guò)程小鈣鈦礦薄膜的沉積。這個(gè)過(guò)程導(dǎo)致了鈣鈦礦具有大幅減少載流子復(fù)合膜。我們還通過(guò)摻雜的TiO2的ETL上，以提高其載流子濃度和改性1T0電極，以降低其功函數(shù)改進(jìn)的該裝置屮的電子傳輸通道。這些變化所產(chǎn)生

5、的19?3%—PCE［見(jiàn)（31）測(cè)量細(xì)節(jié)。這些發(fā)現(xiàn)可進(jìn)一步用于在鈣鈦礦系的設(shè)備在各種應(yīng)用中，例如發(fā)光二極管，場(chǎng)效應(yīng)晶體管，非線性光學(xué)元件，光導(dǎo)裝置，化學(xué)森感器，和輻射探測(cè)器。AJ

6、CH^NH.PbCI,

7、StageIIIjA>StageII1PlL..hStageI1020304050?0A=s￡=一2Theta(Degree)圖1圖1為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池的能量水平對(duì)齊。（A）SEM橫截面的裝置的圖像。從底部的層是：（i）ITO/PEIE,（u）Y型的TiO2,（iii）的鈣鈦礦，（iv螺OMeTAD,以及（v）的能級(jí)的Au,（B）圖（相對(duì)于所述在該裝置中的各功能

8、層的真空度），（C）的X射線衍射圖案對(duì)應(yīng)于鈣鈦礦薄膜演化與退火時(shí)間（第一階段：20分鐘，第二階段：60分鐘，第三階段：85分鐘）。（D和E）鈣鈦礦膜中的第二階段（D）和第三階段（E）-頂視圖的SEM圖像。J

9、CH^NH.PbCI,

10、StageIIIjA>StageII1PlL..hStageI1020304050?0A=s￡=一2Theta(Degree)圖1圖1為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池的能量水平對(duì)齊。（A）SEM橫截面的裝置的圖像。從底部的層是：（i）ITO/PEIE,（u）Y型的TiO2,（iii）的鈣鈦礦，（iv螺OMeTAD,以及（v）的能級(jí)的Au,（B）圖（

11、相對(duì)于所述在該裝置中的各功能層的真空度），（C）的X射線衍射圖案對(duì)應(yīng)于鈣鈦礦薄膜演化與退火時(shí)間（第一階段：20分鐘，第二階段：60分鐘，第三階段：85分鐘）。（D和E）鈣鈦礦膜中的第二階段（D）和第三階段（E）-頂視圖的SEM圖像。我們制造的鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池具有一類似于常用副架構(gòu)平面構(gòu)型，但需耍一些修改。整個(gè)器件的制造是在低溫（〈150°C）過(guò)程中進(jìn)行。其結(jié)構(gòu)在掃描電子顯微鏡（SEM）圖像示于圖1A。與此相反的大多數(shù)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，是基于FTO電極的ITO被用作電極,將其進(jìn)一步經(jīng)過(guò)修飾后用聚亞乙基亞胺乙氧基化（PEIE）（32）,含簡(jiǎn)單的脂族胺基