寧波材料所在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究方面取得系列進(jìn)展

鈣鈦礦太陽(yáng)電池是光伏領(lǐng)域近年來(lái)興起的一個(gè)重要研究方向。由于其優(yōu)良的自組裝特性、有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的低溫濕法工藝實(shí)現(xiàn)大面積的太陽(yáng)電池組件制備、原材料的豐富低廉和器件效率的飛速發(fā)展，使得其在未來(lái)的商業(yè)化應(yīng)用中呈現(xiàn)出巨大潛力。然而，當(dāng)前主流器件結(jié)構(gòu)中普遍采用TiO2等高溫制備的n型半導(dǎo)體材料作為電子傳輸層，這增加了器件的制造能耗和成本，并限制了柔性器件的構(gòu)建。而且TiO2等金屬氧化物較強(qiáng)的紫外光催化性能是造成器件光照穩(wěn)定性差的重要原因。因此，避免該類傳輸材料的使用或開(kāi)發(fā)新型的界面修飾材料十分重要�！　�

近期，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所葛子義課題組針對(duì)此問(wèn)題取得了系列研究進(jìn)展。

首先，基于前期研究結(jié)果(ACS Applied Material and Interfaces 2016, 8, 9811-9820, Solar Energy Materials & Solar Cells 2016, 157, 1038-1047)，通過(guò)引入外部摻雜劑來(lái)控制鈣鈦礦的載流子類型，由此來(lái)協(xié)同優(yōu)化鈣鈦礦吸收層前后界面的能帶結(jié)構(gòu)和能級(jí)對(duì)準(zhǔn)，構(gòu)建了具有高效整流特性的p-n異質(zhì)結(jié)原型器件，為進(jìn)一步揭示此類器件的工作原理和提升此類器件的性能提供了全新思路（圖1）。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Solar RRL(DOI: 10.1002/solr.201800274)上。

進(jìn)一步，針對(duì)該類器件發(fā)展過(guò)程中存在的問(wèn)題，研究人員做了深入全面的文獻(xiàn)綜述，相關(guān)結(jié)果發(fā)表于Advanced Energy Materials (2019, 1900248)�；谶@些新認(rèn)識(shí)，針對(duì)鈣鈦礦和透明導(dǎo)電玻璃前電極之間的較大的能級(jí)差和界面缺陷，研究人員創(chuàng)新性地將課題組前期開(kāi)發(fā)的小分子界面材料MSAPBS用于透明導(dǎo)電玻璃（TCO）的功函數(shù)調(diào)控和器件前界面缺陷鈍化（圖2）。該界面材料的引入顯著降低了TCO的功函數(shù)和鈣鈦礦/TCO界面的電子收集勢(shì)壘，優(yōu)化后的界面能帶彎曲實(shí)現(xiàn)了高效的電子選擇性收集；界面層分子中SO3-和NH3+的存在進(jìn)一步鈍化了鈣鈦礦/TCO界面的缺陷態(tài)，保證了高效的電子收集，與此同時(shí)顯著提升了器件的短路電流密度、開(kāi)路電壓、填充因子，最終實(shí)現(xiàn)了效率達(dá)20.6%的無(wú)金屬氧化物電子傳輸層鈣鈦礦太陽(yáng)電池。由于電子收集勢(shì)壘的消除和界面缺陷的鈍化抑制了電荷積累，器件的遲滯效應(yīng)得到了抑制，穩(wěn)定性也顯著提升。相關(guān)研究工作投稿于Advanced Science (2019, DOI: 10.1002/advs.201902656)。