来源:Photonics 发布时间:2022/3/25 18:28:20
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电子科技大学于军胜教授:CsPbI3量子点钝化活性层对钙钛矿太阳能电池性能和稳定性的影响 | MDPI Photonics

论文标题:Passivation Effect of CsPbI3 Quantum Dots on the Performance and Stability of Perovskite Solar Cells(CsPbI3量子点钝化活性层对钙钛矿太阳能电池性能和稳定性的影响)

期刊:Photonics

作者:Genjie Yang, Dianli Zhou, Jiawen Li and Junsheng Yu

发表时间:22 December 2021

DOI:10.3390/photonics9010003

微信链接:

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1MzEzNjgxMQ==&mid=2650060881&idx=6&sn=

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期刊链接:

https://www.mdpi.com/journal/photonics

原文作者简介

于军胜 教授

电子科技大学

电子科技大学光电科学与工程学院、电子薄膜与集成器件国家重点实验室,二级教授、博士生导师,是国家百千万人才工程入选者、国务院政府特殊津贴专家、显示科学与技术四川省重点实验室主任。长期从事新型显示、光伏电池、光电探测、传感技术方向的柔性电子技术领域研究,发表学术论文250余篇,授权发明专利120余项,技术转让5项。

引言

开发以太阳能电池为代表的清洁能源是缓解能源危机、促进“碳中和、碳达峰”的重要途径。近年来,钙钛矿太阳能电池 (Perovskite Solar Cells, PSCs) 的功率转化效率 (Power Conversion Efficiency, PCE) 屡创新高,被誉为最具发展前景的新型太阳能电池。然而,PSCs的进一步发展受挫于钙钛矿活性层存在大量缺陷的普遍问题,其严重影响了PSCs的性能与稳定性。来自电子科技大学的于军胜教授及其团队在Photonics 期刊创新地将CsPbI3量子点材料掺入MAPbI3钙钛矿活性层以钝化缺陷,提升了器件的光伏性能与稳定性。

研究过程与结果

本文的钙钛矿太阳能电池器件结构如图1所示。在钙钛矿活性层的成膜过程中,将CsPbI3量子点材料掺入钙钛矿前驱体溶液内。一方面,可以利用部分CsPbI3量子点作为成核中心,提升活性层薄膜致密性;另一方面,利用部分解离的CsPbI3量子点填补活性层中的离子空位缺陷,起到缺陷钝化的作用。

图1. (a) 钙钛矿太阳能电池器件结构图;(b) 钙钛矿太阳能电池的SEM截面形貌图。

作者利用扫描电子显微镜 (Scanning Electron Microscopy, SEM) 测试了钙钛矿活性层薄膜的表面形貌 (图2)。未掺杂、掺杂1%、掺杂2%、掺杂3% CsPbI3量子点的钙钛矿薄膜的平均粒径分别为247.25 nm、281.22 nm、352.87 nm、274.90 nm。CsPbI3量子点在钙钛矿结晶过程中促进晶粒生长,诱导形成大尺寸钙钛矿晶粒,同时钝化离子空位缺陷和晶界缺陷,改善薄膜质量。光滑致密的大晶粒钙钛矿薄膜可以与输运层形成更紧密的界面接触,减少激子界面复合。

图2. 钙钛矿薄膜的SEM表面形貌图:(a) 未掺杂CsPbI3 QDs;(b) 掺杂1% CsPbI3 QDs;(c) 掺杂2% CsPbI3 QDs;(d) 掺杂3% CsPbI3 QDs。

为了进一步研究CsPbI3量子点的钝化作用,作者对两种器件的缺陷态密度进行了理论计算。如图3所示,两种单载流子器件的VTEL分别为0.46 V和0.24 V,计算出钙钛矿薄膜的缺陷态密度分别为2.73 × 1015 cm−3和 1.42 × 1015 cm−3。缺陷态密度的显著下降,表明引入CsPbI3量子点有效地实现了缺陷钝化,进而提升器件性能与稳定性。

图3. 黑暗条件下单电子器件的J-V曲线:(a) 未掺杂CsPbI3 QDs;(b) 掺杂2% CsPbI3 QDs。

研究总结

本项研究工作将CsPbI3量子点引入钙钛矿活性层,通过一系列的薄膜表征、理论计算以及器件测试,证明了CsPbI3量子点的引入可以有效调控钙钛矿薄膜结晶,钝化缺陷,从而减少激子复合,提高光生载流子的提取效率,最终提升器件性能,并改善器件稳定性。本工作为制备高质量钙钛矿薄膜提供了一种新的途径,对于高效钙钛矿太阳能电池的设计和制备具有重要价值。

Photonics 期刊介绍

主编:Nelson Tansu, The University of Adelaide, Australia

期刊出版光学和光子学相关的基础理论和应用方面的学术文章,涵盖量子光学、微纳光学、光电子学、光谱学、集成光学、生物医学光子学、光子功能材料、激光器与激光光学、光纤光学与光通信、光传感、经典光学等方向。

2020 Impact Factor:2.676

2020 CiteScore:3.5

Time to First Decision:14.7 Days

Time to Publication:35 Days

 
 
 
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