新型高效缺陷态钝化材料碘化亚铜-硫脲络合物(Cu(Tu)I)在反向平面结构钙钛矿太阳能电池中的应用研究

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• 论文作者：刘志伟 ; 叶森云 ; 饶海霞 ; 赵自然 ; 孙伟海 ; 李云龙 ; 顾飞丹 ; 卞祖强 ; 黄春辉
• 年：2017
• 作者机构：北京大学化学与分子工程学院;
• 论文关键词：钙钛矿 ; 缺陷态 ; 碘化亚铜 ; 络合物
• 会议召开时间：2017-05-27
• 会议录名称：第四届新型太阳能电池学术研讨会论文集
• 英文会议录名称：Abstract Book of the 4th Conference on New Generation Solar Cells
• 语种：中文
• 分类号：TM914.4
• 学会代码：ZKYQ
• 会议名称：第四届新型太阳能电池学术研讨会
• 会议地点：中国北京
• 主办单位：中国可再生能源学会光化学专业委员会
• 学会名称：中国科学院物理研究所清洁能源实验室
• 页数：1
• 文件大小：799k
• 原文格式：D
• 会议级别：全国

摘要

有机-无机杂化钙钛矿材料由于在器件制备过程中不可避免会产生大量的晶界,从而导致缺陷态的形成,进而大大增加载流子的复合几率,并最终制约电池效率的进一步提高。因此,对钙钛矿材料缺陷态的钝化研究具有非常重要的意义。在前期的初步研究中~([1]),我们首次证明了混杂于钙钛矿层内的p-型半导体CuSCN可以有效地钝化钙钛矿薄膜的缺陷态,从而提高钙钛矿薄膜的空穴迁移率,并最终获得了高达18.1%的能量转换效率。为了进一步提升缺陷态钝化效果以获得更高的电池效率,最近,我们~([2])首次发现新型的p-型半导体材料碘化亚铜-硫脲络合物(Cu(Tu)I)具有更高效的缺陷态钝化能力,并提出了可能的缺陷态钝化机理(图1)。我们发现,Cu(Tu)I中的Cu和I可以分别与钙钛矿晶界中配位不饱和的卤原子和铅原子相互作用,从而可以将钙钛矿的缺陷态能级从最初的0.35-0.45 eV降低到0.25-0.35 eV.此外,Cu(Tu)I的引入还能与钙钛矿形成体相异质结,从而可以将耗尽区的宽度从原来的126 nm提高到265 nm.因此,具有协同效果的Cu(Tu)I最终可以将电池的效率提高到19.9%。另外,我们还发现,Cu(Tu)I相比CuI具有更好的效果,而这很可能归因于Cu(Tu)I具有更深的且和钙钛矿一致的价带能级,从而能更大程度地降低钙钛矿的缺陷态能级并消除由p-型半导体和钙钛矿价带能级差异所产生的势阱。

引文

[1]S.Ye,H.Rao,W.Yan,Y.Li,W.Sun,H.Peng,Z.Liu,Z.Bian,Y.Li,C.Huang,Adv.Mater.,2016,28,9648.
    [2]S.Ye,H.Rao,Z.Zhao,L.Zhang,H.Bao,W.Sun,Y.Li,F.Gu,J.Wang,Z.Liu,Z.Bian,C.Huang,J.Am.Chem.Soc.,2017,in press.