雙界面修飾提高半透明鈣鈦礦太陽能電池性能

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發展高效、廉價的太陽能電池是解決日益嚴峻的全球氣候變暖和環境污染問題的重要手段。有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池因其原材料廉價易得、加工簡便、電池效率高、器件結構多樣等優勢成為光伏領域的研究熱點。其中，類似於有機太陽能電池器件結構的平面倒裝鈣鈦礦電池可以採用低溫全溶液加工方法備受關注。這一設計不僅可以使生產能耗大幅降低，還能實現大面積生產及製備柔性器件，其質量輕便，可滿足不同的需要。然而，平面倒裝鈣鈦礦電池的開路電壓（

圖1. 器件結構圖、能級圖以及相應電子傳輸材料的化學結構式。

最近，華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室葉軒立課題組、香港科技大學楊世和課題組以及日本東京大學Yutaka Matsuo教授課題組聯手為提高平面倒裝鈣鈦礦電池開路電壓及效率開發雙界面修飾策略（圖1）。在陽極一側引入DEA表面修飾的NiO作為空穴傳輸層取代傳統的PEDOT:PSS，提高了鈣鈦礦的結晶性和成膜質量，有效鈍化鈣鈦礦薄膜下表面的陷阱態，同時在陰極一側引入最低未佔分子軌道能級較高的富勒烯衍生物C60(CH2)(Ind)取代傳統的PCBM，有效鈍化了鈣鈦礦薄膜上的表面陷阱態並提高載流子的抽取效率。此雙界面修飾策略可以大大提高電池載流子複合壽命以及降低抽取時間，減少器件電荷陷阱並提高載流子的抽取效率（圖2）。

圖2. 雙界面修飾平面倒裝鈣鈦礦太陽能電池穩態PL測試(a)、瞬態PL測試(b)、瞬態光電壓測試(c)和瞬態光電流測試(d)。

基於雙界面修飾電池的能量轉換效率提高至18.1%，尤其是獲得了高開路電壓（1.13 V）和高填充因子（80%）。同時，憑藉雙界面修飾所取得的優異開路電壓和填充因子，其半透明鈣鈦礦太陽能電池的能量轉換效率分別高達11.0%和12.6%，對應的器件平均透光率高達25.6%和21.5%，是當前半透明鈣鈦礦太陽能電池報道的平均透光率中能量轉換效率最高的（圖3）。

圖3. 平面倒裝鈣鈦礦太陽能電池(a)及其半透明器件(b)的光伏性能、半透明器件透光率(c)。

這一成果近期發表在Advanced Energy Materials上，文章的第一作者是華南理工大學的博士研究生薛啟帆。

該論文作者為：Qifan Xue, Yang Bai, Meiyue Liu, Ruoxi Xia, Zhicheng Hu, Ziming Chen, Xiao-Fang Jiang, Fei Huang, Shihe Yang, Yutaka Matsuo, Hin-Lap Yip and Yong Cao

Dual Interfacial Modifications Enable High Performance Semitransparent Perovskite Solar Cells with Large Open Circuit Voltage and Fill Factor

Adv. Energy Mater.,2017, DOI: 10.1002/aenm.201602333

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