華中科技大學Energy Environ.Sci.:鈣鈦礦電池遲滯效應可調
【引言】
鈣鈦礦電池經過幾年的發展,其效率已經突破了22%,而遲滯效應是一直困擾鈣鈦礦電池的重要關鍵問題之一。目前已經有許多報道致力於研究遲滯效應出現的機理。普遍認為離子遷移,電荷捕獲/逃脫和電荷積累是解釋遲滯效應的理論基礎。然而,遲滯效應的真正起因卻仍未明晰。
【成果簡介】
近日,華中科技大學榮耀光副教授、胡玥博士等在Energy & Environmental Science上發表了一篇名為「Tunable hysteresis effect for perovskite solar cells」的文章。該研究針對一種TiO2/ZrO2/Carbon結構的可印刷鈣鈦礦電池展開,研究者通過控制緻密TiO2層(c-TiO2)噴塗次數及臭氧處理時間實現了所製備器件遲滯效應的可調(即:典型遲滯、無遲滯和反轉遲滯效應)。並且通過分析這種可調諧遲滯現象,闡明了鈣鈦礦界面的極化和正電荷積累的可逆化。該研究表明了c-TiO2/鈣鈦礦界面對器件工作過程的重要性,為鈣鈦礦電池的遲滯效應提供了重要的見解。
【圖文簡介】
圖1:介觀鈣鈦礦太陽能電池的結構圖與能帶圖
(a)可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池的結構圖;
(b)可印刷介觀太陽能電池的能帶圖。
圖2:可印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池不同遲滯效應的J-V曲線
(a)典型遲滯效應器件的J-V曲線,反掃的性能優於正掃性能;
(b)無遲滯效應器件的J-V曲線,正反掃性能一致;
(c)反轉遲滯效應器件的J-V曲線,反掃性能低於正掃性能。
圖3:不同遲滯效應器件的性能隨掃速的變化關係
(a)典型遲滯效應器件;
(b)無遲滯效應器件;
(c)反轉遲滯效應器件。
圖4:遲滯效應指數與c-TiO2噴塗次數和掃描速率的關係曲線
(a)遲滯效應指數與c-TiO2噴塗次數的關係曲線;
(b)遲滯效應指數與掃描速率的關係曲線。
圖5:遲滯效應的電容特性曲線
(a)電子與空穴在器件各層中的傳輸示意圖;
(b)FTO薄膜與c-TiO2/FTO薄膜的AFM圖;
(c-e)三種遲滯效應器件在不同掃速下的暗電流曲線。
圖6:反掃和正掃條件下的Voc差值與掃描速率的關係曲線
(a)典型遲滯效應器件的Voc差值隨掃描速率的變化曲線;
(b)無遲滯效應器件的Voc差值隨掃描速率的變化曲線;
(c)反轉遲滯效應器件的Voc差值隨掃描速率的變化曲線。
圖7:c-TiO2/鈣鈦礦界面層的能帶及電荷傳輸複合過程圖
(a)無偏壓下c-TiO2/鈣鈦礦界面層的能帶圖;
(b)小偏壓下c-TiO2/鈣鈦礦界面層的能帶圖;
(c)大偏壓下c-TiO2/鈣鈦礦界面層的能帶圖。
【小結】
研究者們通過改變噴塗c-TiO2層的次數實現了鈣鈦礦電池遲滯效應的可調。並且通過研究界面處電荷積累的緩慢動力學過程和電荷複合機制,解釋了TiO2/ZrO2/Carbon可印刷介觀鈣鈦礦電池的可調遲滯效應。本文為鈣鈦礦太陽能電池遲滯效應提供了新的見解和分析。
文獻鏈接:Tunable hysteresis effect for perovskite solar cells,(Energy & Environmental Science,2017,DOI:10.1039/x0xx00000x)
技術服務
※超輕的導電銀氣凝膠
※FV1000-IX81激光掃描共聚焦顯微鏡常見問題
※武漢理工大學Nature Communications:納米片器件實現OER的動力學監控
※Angew.Chem.Int.Ed.:Fe-N-C和C-S-C在酸性介質中氧還原反應的協同作用
※Adv.Energy Mater:基於共晶的介孔Ni-Fe-O納米線網路用於催化產氧和全水解
TAG:材料人 |