分會(huì)

第二十六分會(huì)：有機(jī)光伏材料與器件

摘要

鈣鈦礦太陽能電池因其高效、廉價(jià)的特性受到了廣泛的關(guān)注。然而當(dāng)前性能優(yōu)異的鈣鈦礦材料均含有毒重金屬元素——鉛。錫與鉛是同主族元素，兩者擁有相似的離子半徑與電子結(jié)構(gòu)。用無毒的錫來取代鉛是制備“無鉛鈣鈦礦太陽能電池”的選擇之一。 然而，當(dāng)前錫鈣鈦礦太陽能電池的最高效率僅為10%，遠(yuǎn)低于鉛鈣鈦礦（25.2%）。錫鈣鈦礦中有大量的錫空位缺陷，且錫鈣鈦礦中+2價(jià)錫極易被氧化為+4價(jià)，造成了較高的背景載流子濃度與較低的器件開路電壓1,2。此外，錫鈣鈦礦的能級(jí)位置較淺，鈣鈦礦層與常見電子傳輸層之間的能壘較大，進(jìn)一步降低了器件開路電壓。 本文針對(duì)錫鈣鈦礦能級(jí)失配問題，將一種能級(jí)較淺的、名為茚-C60雙加合物（ICBA）的新型電子傳輸層材料應(yīng)用于器件中3。紫外光電子能譜測試證明，與傳統(tǒng)電子傳輸層[6.6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）相比，ICBA的LUMO能級(jí)更淺、更接近于鈣鈦礦的導(dǎo)帶底（Fig. 1a）。由于器件開路電壓的極限取決于電子、空穴準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)之差，用ICBA做電子傳輸層會(huì)比用PCBM有更大的開路電壓。此外，通過掃描開爾文探針顯微鏡、時(shí)間分辨熒光與電致發(fā)光測試，我們證明了鈣鈦礦-ICBA的界面復(fù)合要弱于鈣鈦礦-PCBM界面。最后，我們以聚乙撐二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸鹽)（PEDOT:PSS）為空穴傳輸層，ICBA為電子傳輸層，浴銅靈（BCP）為空穴阻擋層，Ag為電極構(gòu)建了錫鈣鈦礦太陽能電池，獲得了0.94 V的開路電壓與12.4%的認(rèn)證效率（Fig. 1b）。這兩者均是當(dāng)前錫鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域內(nèi)的最高值。

關(guān)鍵詞

太陽能電池;鈣鈦礦;能級(jí)匹配;器件結(jié)構(gòu)

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