仿真+实验！如何让CsPbI3钙钛矿太阳能电池性能更上一层楼？
日期：2019-11-14 09:26 点击量：
Optimizing the Performance of CsPbI3‑Based Perovskite Solar Cells via Doping a ZnO Electron Transport Layer Coupled with Interface Engineering
其中全无机钙钛矿CsPbI3被认为是一种极有潜力的太阳能电池材料，而且目前基于CsPbI3钙钛矿太阳能电池的最高光电转换效率已经达到了18%。但是这一效率依然低于其理论极限和实际应用需求。为了进一步提升CsPbI3钙钛矿太阳能电池的性能，厘清钙钛矿太阳能电池微结构与性能之间的联系，并进一步给出最优结构设计是非常重要的。
图1 太阳能电池结构示意图(a)不含界面层(b)含有界面层。探索了全无机CsPbI3太阳能电池性能与钙钛矿吸光层和氧化锌电子传输层厚度的关系和机理，如图2, 3所示。当钙钛矿层和电子传输层厚度分别为200nm和8nm时电池器件分别取得了最佳性能。
图2 (a, d) 器件性能; (b)外量子效率; (c) 载流子产生效率随钙钛矿层厚度变化曲线。
探索了CsPbI3太阳能电池性能与ZnO电子传输层的掺杂浓度、界面层(PCBM和TiO2)之间的关系和机理，如图4, 5所示。增大ZnO掺杂浓度可以弱化电流迟滞改善器件的填充因子，但同时会在ZnO/电极界面处引入相反的内建电场降低开路电压；而超薄的界面层可以降低钙钛矿的能带弯曲和钙钛矿晶体的结构畸变程度，增大开路电压，但填充因子依然不足。
图4 (a, c) CsPbI3太阳能电池性能; (b) J-V曲线; (d) 能级图及开路电压随着掺杂浓度的变化。
图5 CsPbI3太阳能电池性能的(a)J-V曲线; (b)外量子效率和(c)能级图; (d)不同电场下CsPbI3/ZnO以及CsPbI3/TiO2/ZnO界面的态密度; (e)CsPbI3/ZnO和(f)CsPbI3/TiO2/ZnO界面的优化微结构。
常晶晶
(本文通讯作者)
西安电子科技大学微电子学院
教授、博士生导师
Email: jjingchang@xidian.edu.cn
苏杰博士
(本文通讯作者)
西安电子科技大学微电子学院
硕士生导师、博士后创新人才计划入选者
近年来主要从事二维、宽禁带半导体和钙钛矿材料及器件界面的研究工作等。
编辑：《纳微快报》编辑部
