【背景介绍】

无机-有机杂化钙钛矿太阳能电池（APbX₃，A =甲基胺（MA），甲脒（FA）等; X = I，Br，Cl等）的发展已经取得了非常傲人的成绩，功率转换效率在过去七年中已经提升至22％，并且这一数值随着科研人员的努力还在不断突破。但是要进一步推动工业应用需要生产制备大面积钙钛矿太阳能电池。

【成果简介】

近日，北京大学徐东升教授、大连理工大学孙立成教授和梁永齐副教授（共同通讯）等人模拟AM1.5光照，在具有碳（石墨）电极的平面MAPbBr₃太阳能电池中获得了1.57V的开路电压（V_oc）。具有正常结构（FTO/TiO₂/MAPbBr₃/碳）的无空穴传输材料的MAPbBr3太阳能电池在模拟AM1.5阳光下，电流-电压扫描期间显示出很小的迟滞现象。并且装置实现了8.70％的转换效率。碳电极可有效地提取MAPbBr₃太阳能电池中的光生空穴，并且工业上适用的碳电极不会限制溴化物基钙钛矿太阳能电池的性能。基于频带对准的分析，发现MAPbBr₃和碳之间的界面电压（能量）损失与MAPbBr₃的价带最大值和石墨功函数之间的偏移相比非常小。相关成果以题为“Achieving High Open-Circuit Voltages up to 1.57 V in Hole-Transport-Material-Free MAPbBr₃ Solar Cells with Carbon Electrodes”发表在了Advanced Energy Materials上。

【图文导读】

图1 器件结构表征

A）FTO上的MAPbBr₃膜的X射线衍射图

B）模拟AM1.5阳光（100 mW cm ^-2）下电池的电流密度-电压曲线

C）MAPbBr ₃膜的SEM图像

D）太阳能电池装置的横截面图像

图2 IPCE光谱、稳态光电流响应及密度

A）在0.0 V偏压（短路）下测量的MAPbBr₃器件的稳态光电流响应

B）MAPbBr₃太阳能电池在短路条件下的IPCE光谱和AM1.5太阳光谱下的光电流密度

图3 J-V曲线

A）在模拟AM1.5阳光下的MAPbBr₃太阳能电池的J-V曲线

B）光浸润（AM1.5阳光）对太阳能电池J-V曲线的影响

图4 MAPbBr₃膜的发光特性

A）MAPbBr₃膜的稳态光致发光光谱（峰值在536nm，FWHM = 21nm）

B）MAPbBr₃器件在各种偏差（3.0,3.2,3.8和4.0V）下的电致发光光谱

【小结】

该团队模拟AM1.5光照，在具有碳（石墨）电极的平面MAPbBr₃太阳能电池中获得了1.57V的开路电压（V_oc）。并且发现MAPbBr₃和碳之间的界面电压（能量）损失与MAPbBr₃的价带最大值和石墨功函数之间的偏移相比非常小。该发现意味着存在MAPbBr₃层内的费米能级钉扎或高掺杂区域。能够有效地从MAPbBr₃中提取碳电极光生空穴的能力有助于为工业钙钛矿太阳能电池中碳电极的应用铺路。

文献链接：Achieving High Open-Circuit Voltages up to 1.57 V in Hole-Transport-Material-Free MAPbBr₃ Solar Cells with Carbon Electrodes（Adv. Energy Mater.,2017,DOI:10.1002/aenm.201701159）