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胡斌、徐凌:铋掺杂大幅提高太阳能电池的稳定性和热电性能

来源:武汉光电国家研究中心   作者:  发布时间:2019年03月11日  点击量:

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226日,《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)杂志发表了武汉光电国家研究中心胡斌教授和徐凌副教授课题组的研究成果《铋掺杂MAPbI3多晶薄膜可以诱使稳定的塞贝克效应》(Bismuth Doping Induced Stable Seebeck Effect Based on MAPbI3Polycrystalline Thin Films)。武汉光电国家研究中心2017级博士熊焱为论文第一作者,胡斌、徐凌是论文的共同通讯作者,华中科技大学是唯一通讯单位。


有机无机杂化钙钛矿从2009 Miyasaka等首次将CH3NH3PbI3 (MAPbI3)用作太阳能电池吸光材料并取得3.8%的光电转换效率以来,它在光伏领域就展现出了很大的发展潜力,光电转换效率迅速的不断增长,今天它的光电转化效率已经高达23.3%,很有望成为下一代新型太阳能电池的代表,但是它的发展也碰到了瓶颈问题:温度、水、氧等环境条件对他的稳定性和寿命都将产生影响,为其商业推广应用产生阻碍。


胡斌和徐凌深入研究了铋掺杂MAPbI3多晶薄膜的热电特性,发现Bi掺杂可以大幅提高MAPbI3的稳定性和热电性能。Bi位于晶界处以修饰晶界附近的载流子通道,有效减少了离子迁移和促进电荷传输。此外,Bi掺杂可以钝化钙钛矿缺陷,增加MAPbI3的极化效应,从而大大提高了MAPbI3的载流子迁移率。Bi掺杂还可以诱导形成小晶粒MAPbI3钙钛矿,小晶粒尺寸的钙钛矿不但可以阻止相变的发生,还能有效提高钙钛矿结构的稳定性。Bi掺杂的钙钛矿塞贝克电压变化小于未掺杂钙钛矿,也意味着Bi掺杂MAPbI3薄膜更稳定。该研究表明,Bi掺杂有机-无机杂化钙钛矿材料是一种有效的策略实现稳定的热电和光伏性能。

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不同Bi 掺杂量的MAPbI3随温度变化时的热电参数变化情况,(a)塞贝克系数随温度变化情况,(b)J-V(电流-电压)曲线特征随温度变化情况,(c) 电导率随温度变化的情况,(d) 功率因子(PF)随温度变化的情况。)


该工作得到了华中科技大学自主创新基金、中欧能源“双一流”学科建设业务费等资助。

文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201900615