第一作者:Dong Yang
通讯作者:刘生忠、Shashank Priya、Dong Yang
通讯单位:陕西师范大学、弗吉尼亚理工大学、大连化学物理研究所
研究亮点:
1. EDTA-SnO2的电子迁移率高、其费米能级与钙钛矿的导带匹配,Voc高。
2. 21.52%效率为平面型钙钛矿太阳能电池最新记录。
尽管介孔型钙钛矿太阳能电池展现出高效率,但平面型电池表现较小的回滞现象。值得一提的是,介孔型电池的电子传输层均需要高温退火得到,而平板型在较低温度就能完成整个电池的组装。
有鉴于此,刘生忠课题组与弗吉尼亚理工大学Shashank Priya团队、大连化物所Dong Yang团队等人合作,开发出一种EDTA络合氧化锡的新型电子传输层(即EDTA-SnO2)。
图1 电子传输层的表征
所开发的EDTA-SnO2的平面型钙钛矿太阳能电池的效率高达21.60%(认证效率21.52%),并有效地抑制回滞现象和提升电池稳定性。
研究人员首先合成和表征EDTA络合氧化锡电子传输层。结果发现EDTA-SnO2具有电子迁移率高、透光性好和能级匹配等优势,这些均有利于高效电池的组装。
将EDTA、SnO2和EDTA-SnO2进行光电性能的测试,可以从I-V曲线谱看出EDTA-SnO2效率提升明显,稳定输出效率也保持在21.67%。电池的重复性高。
图2 电池性能和效率分布图
研究人员通过研究平板型钙钛矿太阳能电池的电荷传输情况,直观地的看出EDTA-SnO2表现出电荷复合速率低、载流子寿命长和陷阱复合小。
图3 平板型钙钛矿太阳能电池的电荷传输情况
同时,研究人员也调查电池的稳定性。采用未封装的SnO2和EDTA-SnO2的电池进行曝光测试。在120 h后,SnO2电池效率的只剩下初始值的38%,而EDTA-SnO2电池仍保持初始PCE的86%,表明EDTA-SnO2明显增强电池的稳定性。
图4 电池的稳定性和回滞问题
鉴于低温制备的优势,研究人员将E-SnO2 应用于柔性钙钛矿太阳能电池。柔性电池的效率高达18.28%。
图5柔性太阳能电池的性能
总之,该研究低温制备的EDTA-SnO2 可以提高电池效率,稳定性得到大幅度增强,并且在柔性器件方面表现出优异的性能。
参考文献:
Yang D, Yang R, et al. High efficiency planar-type perovskite solar cells with negligible hysteresis using EDTA-complexed SnO2[J]. Nature Communications, 2018.
DOI: 10.1038/s41467-018-05760-x
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05760-x