武汉大学研究团队在钙钛矿太阳能电池研究取得多项进展

时间：2022-08-10作者：佚名

近期，武汉大学工业科学研究院台启东研究员课题组在钙钛矿太阳能电池研究方面取得了多项进展，成果在国际权威期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials,IF:19.924，2篇）和《先进能源材料》（Advanced Energy Materials，IF：29.698，1篇）发表。相关工作主要围绕具有高稳定性的无机电荷传输材料及碳基无机钙钛矿太阳能电池开展。

在题为“NiOxNanocrystals with Tunable Size and Energy Levels for Efficient and UV Stable Perovskite Solar Cells”的论文中，该课题组提出了一种高分散性的氧化镍纳米颗粒（NiOxNCs）的新型合成方法，通过使用四烷基氢氧化铵（TAAOH，烷基=甲基、乙基、丙基、丁基）作为沉淀碱，利用其不同烷基链长度控制NiOxNCs的尺寸，改变其Ni3 含量，从而调控NiOx薄膜的能级。使用最长的丁基链时，获得了最小的NiOx颗粒尺寸和NiOx/钙钛矿界面的最佳能级排列，获得了接近23%的光电转换效率。这是基于NiOx的倒置钙钛矿电池最高效率之一。此外，未封装的器件还表现出优异的紫外线稳定性，在200小时连续紫外线照射后仍保持87%的初始效率。该工作为使用 NiOx空穴传输材料制备高效稳定的钙钛矿电池提供了可靠的思路。论文第一署名单位是武汉大学工业科学研究院，2019级博士生崔霞霞和2021级博士生金俊君为共同第一作者，台启东研究员和刘晓伟副研究员为共同通讯作者。

图1. 基于NiOx空穴传输层的器件结构及性能图

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202203049

在题为“Fluorinated Interfaces for Efficient and Stable Low-Temperature Carbon-based CsPbI2Br Perovskite Solar Cells”的论文中，该课题组提出了一种氟化双界面策略，以克服低温碳基无机钙钛矿太阳能电池中普遍存在的体相缺陷和界面能级失配损害器件光伏性能的难题。即在无机CsPbI2Br钙钛矿吸光层的上下界面引入三氟乙酸钾和4-三氟苯甲基溴化铵。得益于钝化的薄膜缺陷，合适的能级匹配，促进的电荷提取，以及抑制的电荷非辐射复合和离子迁移，双界面优化的器件实现了14.05%的效率，且表现出更好的湿、热和光照稳定性。论文第一署名单位是武汉大学工业科学研究院，2020级博士生张祥为第一作者，台启东研究员为唯一通讯作者。

图2. 氟化双界面修饰的功能示意及相应的器件性能图

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202205478

近日，课题组还应邀发表了题为“Recent Progress of Carbon-based Inorganic Perovskite Solar Cells: from Efficiency to Stability”的专题综述。从效率和稳定性两个方面总结了碳基无机钙钛矿太阳能电池的最新进展。通过对其器件结构、工作原理、材料性质、制备工艺的系统归纳，介绍了一系列提高器件效率的策略，包括制备工艺优化、溶剂工程、组分工程、界面工程、电荷传输层优化等，同时阐述了碳基无机钙钛矿太阳能电池在湿、热和光照环境压力下的稳定性问题，最后讨论了该领域存在的挑战，并展望了未来的发展前景。论文第一署名单位是武汉大学工业科学研究院，2020级博士生张祥为第一作者，台启东研究员和物理学院赵兴中教授为共同通讯作者。