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合肥研究院等:有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池研究获进展

合肥研究院等:有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池研究获进展

本文摘要:【成果概述】近日,中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心熊奕惠课题组副研究员曹亮与中科院上海应用于物理研究所高兴宇课题组、苏州大学孙宝全课题组合作,找到提升有机-无机杂化钙钛矿薄膜结晶互为纯度特别是在是表面结晶互为纯度,能有效地避免钙钛矿太阳能电池器件延缓效应和提高器件性能,并且器件延缓效应的避免并不依赖器件结构。此项研究说明了了钙钛矿结晶互为纯度特别是在是表面结晶互为纯度对器件J-V延缓效应有最重要影响。

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【成果概述】近日,中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心熊奕惠课题组副研究员曹亮与中科院上海应用于物理研究所高兴宇课题组、苏州大学孙宝全课题组合作,找到提升有机-无机杂化钙钛矿薄膜结晶互为纯度特别是在是表面结晶互为纯度,能有效地避免钙钛矿太阳能电池器件延缓效应和提高器件性能,并且器件延缓效应的避免并不依赖器件结构。此项研究说明了了钙钛矿结晶互为纯度特别是在是表面结晶互为纯度对器件J-V延缓效应有最重要影响。

涉及研究成果以为题“EnhancedCrystallinePhasePurityofCH3NH3PbI3-xClxFilmforHigh-EfficiencyHysteresis-FreePerovskiteSolarCells”公开发表在ACSAppliedMaterialsInterfaces上。【图文简介】图1密切相关结果(a)掠入射XRD测量示意图,以及有机-无机杂化钙钛矿薄膜的掠入射XRD序(X光入射角度2度)。

(b)CH3NH3PbI3-xClx薄膜二维GI-XRD序。(c)优化薄膜后处理条件后测量的二维GI-XRD序。(d,e)基于r-和g-钙钛矿薄膜的反式P-i-N结构器件J-V曲线。

(f,g)为月N-i-P结构器件J-V曲线。图2示意图(a)r-钙钛矿和g-钙钛矿薄膜的Pb4f7/2光谱。

(b)r-钙钛矿和g-钙钛矿薄膜的I3d5/2光谱。(c)r-钙钛矿和g-钙钛矿薄膜的N1s核心级光谱。

【研究内容】探寻新能源材料及器件、利用太阳能应付能源危机已沦为一项最重要课题。在短短的几年内,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转化成效率已提高到22.1%,相似单晶硅太阳能电池的光电转化成效率(26.3%)。因而,有机-无机杂化钙钛矿(ABX3型结构)材料被指出是下一代太阳能电池材料的有力竞争者。然而,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池走进实验室构建产业化和商业化仍不存在一些问题,如提高高效器件的稳定性、减少延缓效应及构建大面积制取等。

目前普遍报导的较慢热处理方法制取的钙钛矿太阳能电池器件的J-V曲线展现出出有显著的延缓效应。论文研究人员利用上海光源的掠入射X射线散射(GIXRD)对制取的CH3NH3PbI3-xClx薄膜展开了系统密切相关。

通过转变X射线的观测深度找到钙钛薄膜结晶互为变质,特别是在是薄膜表面不存在显著的静电学结构。为了具体有机-无机杂化钙钛矿薄膜结晶互为纯度,特别是在是表面互为纯度对器件延缓效应和性能的影响,研究人员通过优化后处理条件提升了的CH3NH3PbI3-xClx薄膜的结晶互为纯度,避免了薄膜表面的静电学结构。基于此类薄膜的器件并未展现出显著延缓效应,且光电切换性能获得更进一步提高。有一点解释的是,器件延缓效应的避免并不依赖器件结构,即月N-i-P结构或反式P-i-N结构,说明了了钙钛矿结晶互为纯度特别是在是表面结晶对器件J-V延缓效应和性能有主要影响。

融合XPS和SEM结果,充分说明有机-无机杂化钙钛矿薄膜表面结晶互为纯度影响表面或者晶界处低配位的Pb和I离子。这些离子作为电荷陷阱,造成延缓效应及较低光电转化成效率。

因此,提升钙钛矿薄膜的结晶性、特别是在是表面的结晶互为纯度,不利于研发高性能无延缓有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池。中科院上海应物所杨迎国、冯尚蕾和苏州大学许卫东为本文联合第一作者,高兴宇、曹亮和孙宝全为论文联合通讯作者。该研究成果获得了上海光源BL14B散射线站、国家自然科学基金项目、中科院百人计划项目等的资助。


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