随后,Bi研究组[12]在2016年发表文献报道他们制备出了高度协调的混合离子钙钛矿薄膜,转换效率达到20.8%。制备方法为一步制备法,从含有FAI,PbI2,MABr和PbBr2的混合溶液在单一步骤中制备钙钛矿膜,使用介孔TiO2作为电子传输层,空穴传输层使用Spiro-OMeTAD。实验取二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)混合作为溶剂,将PbI2与PbBr2溶解在溶剂中,改变PbI2/FAI(RPbI2/FAI)的摩尔比,从0.85到1.54,同时保持前体溶液中PbI2/PbBr2的固定摩尔比为5.67,实验发现,稍过量的PbI2以结晶相存在,会影响钙钛矿相的形态和晶体尺寸,较大的钙钛矿微晶表现出晶界面积的减小,使得缺陷状态的总体密度降低,从而减少了载流子的复合。结果表明,RPbI2/FAI=1.05时,短路电流密度(JSC)=24.6mAcm-2,开路电压(V)=1.16V,填充因子(FF)=0.73,此时光电转换效率达到了20.8%。

2、国内研究进展

国内最先报道研制出钙钛矿太阳能电池的团队是香港科技大学YangShihe课题组[13],2013年,他们用TiO纳米线做支撑骨架,填充CHNHPbIBr钙钛矿材料作为吸光层,空穴传输材料采用Spiro-OMeTAD,转换效率达到了4.87%。之后,多所中科院研究所和高校都成立了相关课题组,开展钙钛矿太阳能电池的研究工作。

2014年,华中科技大学韩宏伟课题组[14]利用TiO和ZrO制作双层微孔结构,以CH3NH3PbI3为吸光材料,制造出异质结太阳能电池,光电转换效率有12.8%。该电池具有制造成本低,稳定性高的优点。它的双层支架结构中,ZrO2层可以阻隔光生电子回流,起到降低复合率的作用。对电极采用可印刷碳层而不是金反射层,而且不需要使用价格昂贵的Spiro-OMeTAD做空穴传输层。在全光照环境中有超过1000小时的稳定时间。

中科院物理研究所孟庆波研究组[15]致力于太阳能材料与器件的研究工作,他们使用ZnO作支撑骨架,以CH3NH3PbI3作吸光材料,组成吸光层,为了抑制ZnO/CH3NH3PbI3异质结界面载流子的复合,使用AZO对其进行界面修饰,该电池的开路电压得到了极大地提高,获得了10.49%的光电转换效率。

钙钛矿材料理论上的最佳禁带宽度的为1.4V,而CH3NH3PbI3的禁带宽度为1.51V,现有一种新型钙钛矿材料NH2CH=NH2PbI3(FAPbI3),具有1.43V的禁带宽度,比CH3NH3PbI3更接近理论最优值,且其热稳定性和光电转换性能都较为优良。

中科院青岛生物能源与过程研究所的崔光磊课题组[16]是世界首批研究FAPbI材料的研究团队之一,他们以FAPbI3为吸光材料,P3HT为空穴传输材料研制出的钙钛矿太阳能电池效率达到了7.5%。

目前看来,国内的钙钛矿太阳能电池研究比国外起步较晚,但在新成果的跟进方面反应迅速,在电池结构的改进和新材料的研发方面也做出了不少贡献。

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