河南大学光伏材料省重点实验室取得两项重要进展

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发布:2021-11-01 12:00

9月7日,国际顶级期刊AdvancedFunctionalMaterials同期在线发表河南大学光伏材料省重点实验室陈冲教授、谭付瑞副教授两个课题组在钙钛矿太阳能电池方面取得的重要进展。

钙钛矿太阳能电池作为近几年光伏行业的明星器件广受关注。陈冲教授课题组采用首次合成的新型电子传输材料CSCO取代常用的SnO2,显著提高了钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。相比SnO2薄膜,新合成的CSCO薄膜具有更高的导电性,CSCO薄膜中的O原子与Sn原子分别与钙钛矿材料中的Pb原子与卤素阴离子发生了强键合作用,有效阻止了空气中的氧对钙钛矿进行氧化,并减少由于卤素阴离子缺少造成的缺陷,钝化了钙钛矿陷态促进了钙钛矿材料的化学稳定性。因此,器件的光电转换效率从SnO2基电池的18.5%增加到了CSCO基电池的22%以上,并且器件稳定性也得到了显著提升(见图1)。该研究成果为实现钙钛矿太阳能电池的高效率和高稳定性提供了新的电子传输材料和研究思路。

图1.(a)CSCO分子结构图,(b)钙钛矿太阳能电池结构,(c)最优化电池电流-电压曲线,(d)电池性能稳定性。

在本工作中,河南大学为论文的第一完成单位,李福民副教授为第一作者,申志涛副教授为共同第一作者,陈冲教授、美国匹兹堡大学的GuangyongLi教授为共同通讯作者。该工作受到国家自然科学基金项目、河南省高校科技创新人才、河南大学青年人才种子基金等项目的资助。论文连接:https://doi.org/10.1002/adfm.202004933。

在另一项工作中,谭付瑞课题组使用界面双向偶联接触钝化策略,引入一种双功能偶联小分子TCA参与界面处二氧化钛与钙钛矿表面的双向偶联钝化,羧基端降低了二氧化钛表面的氧空位缺陷密度,噻吩端基与钙钛矿表面的铅悬键络合钝化了钙钛矿一侧表面的卤素空位和铅悬挂键。TCA这种具有双端官能团钝化效果的分子能有效地提升器件的光电转换效率和稳定性(见图2)。这种界面修饰策略可用于其它溶液法制备的无机氧化物薄膜/金属卤化物钙钛矿异质结。

图2.(a)二氧化钛/钙钛矿界面示意图,(b)TCA分子偶极矩与界面能级搭配,(c)界面处费米能级附近态密度,(d)TCA偶联前后器件效率对比

在本工作中,河南大学为论文的第一完成单位,谭付瑞副教授为第一作者,加拿大维多利亚大学Saidaminov助理教授为共同第一作者,张伟风教授、中科院半导体所王智杰研究员、加拿大多伦多大学Sargent教授为共同通讯作者。该工作受到国家自然科学基金、河南省自然科学基金等项目的资助。

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