科学研究

SrCl2修饰复合钙钛矿材料在介孔型太阳能电池中取得良好应用效果

来源:武汉光电国家研究中心   作者:陈炜  发布时间:2017年02月16日  点击量:

2月7日,《先进材料》(Advanced Materials)在线发表了华中科技大学、武汉光电国家实验室(筹)陈炜教授课题组(第一单位)与华盛顿大学Alex K.-Y. Jen教授课题组在钙钛矿太阳能电池领域的合作研究成果:“SrCl2 Derived Perovskite Facilitating a High Efficiency of 16% in Hole‐Conductor‐Free Fully Printable Mesoscopic Perovskite Solar Cells, 2017, DOI:10.1002/adma.201606608”。


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有机-无机杂化钙钛矿材料因为具有可调的带隙、较高的消光系数、较低的激子束缚能和双极性电荷传输等优点受到广大科研工作者的关注。仅仅短短的五六年时间,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率就达到了22.1%,但是器件的稳定性和铅的毒性问题一直是该领域关注的焦点,也是当前制约其应用的主要瓶颈。

武汉光电国家实验室(筹)的陈炜教授课题组通过引入大量SrCl2形成混合的CH3NH3PbI3(SrCl2)x钙钛矿,将其应用于无空穴传输层的介孔钙钛矿太阳能电池,取得了很好的应用效果。与纯的CH3NH3PbI3相比,CH3NH3PbI3(SrCl2)x钙钛矿具有以下应用特点和优势:(1)高晶体结构容忍度:XRD分析显示,SrCl2即使在加入很高的原子比例(Sr: Pb = 30%)以后,仍然没有出现相分离的现象。说明SrCl2以某种特定的形式进入到钙钛矿晶体点阵当中,XPSEDS分析表明,这种混合是原子级的,晶体内部和表面都存在Sr-Pb混合,但表面可能存在一定程度的SrCl2富集。从EDS结果中可以发现ClSr元素保持2:1比例存在于钙钛矿薄膜中,这与之前报道Cl元素变成CH3Cl挥发有很大区别;(2)缺陷态显著减少:SrCl2的加入使得钙钛矿膜中Pb0含量显著降低,钙钛矿材料的荧光寿命显著延长,说明SrCl2的加入具有电学钝化效果;(3)浸润性、渗透性更好、晶体结晶性更好:Sr-Pb混合钙钛矿更容易在电池的介孔薄膜当中实现连续填充,钙钛矿结晶更理想;(4)混合钙钛矿在无空穴传输层的介孔型电池器件中得到15.9%的光电转换效率,效率和稳定性均较CH3NH3PbI3提升明显。该材料的成功应用,对于进一步开发环保型少铅钙钛矿材料,同时改善钙钛矿材料质量,具有重要的启示意义。

该工作得到了国家自然科学基金(51672094)和华中科技大学自主创新基金(2016JCTD111)的支持。