Adv. Energy Mater.：水系聚合物/纳米晶双边体异质结杂化太阳能电池

【引言】

水溶液制备的太阳能电池(ASCs)具有真正意义上的绿色环保属性，因此被认为是下一代大面积、廉价、柔性光伏器件的主要候选者。顾名思义ASCs最重要部分就是水溶性材料，已报到的用于器件制备的水溶性材料有：十八烷基三氯硅烷、聚噻吩衍生物、富勒烯衍生物、氧化钛、硒化镉等。水溶液法制备的聚合物/纳米晶杂化太阳电池(AHSCs)能够有效的结合有机物的柔性与纳米晶的高迁移率和高吸收系数的优点，从而进一步提升ASCs的性能。然而，活性层的厚度是控制器件性能的关键，厚度薄填充因子高但是光吸收低，厚度过厚则使得电荷传输距离过长导致复合严重。通过调控活性层厚度，AHSCs的效率可以达到5.64%，这个效率直到现在也没有被突破。提升AHSCs效率的关键是提升载流子的分离效率，减小载流子的复合、延长载流子的传输长度。

体异质结是一种将给体和受体材料共混形成的光电转换活性层，将两种材料相互交错,形成一个双连续、互相贯穿的网络结构,由此极大地增加了给、受体的接触面积,从而提升了载流子的分离效率，减小载流子复合。该结构正是实现以上目标的有效策略。然而，该类体异质结光伏器件的研究工作都限制在研究单边的共混，要么是活性材料与电子传输材料共混要么是活性材料与空穴传输材料共混。很少研究涉及到同时将活性材料与电子以及空穴传输材料共混的双边体异质结共混结构。

【成果简介】

近日，吉林大学杨柏教授和东北师范大学孙海珠教授（共同通讯作者）等在Adv. Energy Mater.上发表了一篇名为“Aqueous-Processed Polymer/Nanocrystal Hybrid Solar Cells with Double-Side Bulk Heterojunction”的文章。该研究成功制备了TiO₂-CdTe-PPV型双边体异质结水系太阳能电池，将效率成功提高到6%，是该类太阳能电池的最高效率。

【图文简介】

图1：单边体异质结与双边体异质结器件结构及其对应的效率

(a, b). 单边体异质结器件结构与双边体异质结器件；

(c). 单边体异质结器件结构与双边体异质结器件的J-V曲线。

图2：形貌表征

(a-c). TiO2纳米晶、CdTe、TiO2:CdTe薄膜的TEM图；

(d-f). TiO2: CdTe薄膜、元素Cd、Ti的TEM元素mapping；

(g-h). CdTe、TiO2:CdTe薄膜的AFM图。

图3：性能表征

(a-d). 单边体异质结器件结构与双边体异质结器件的Jph-Vin曲线、EQE和IQE曲线、暗态C-V曲线和TPV曲线。

图4：历年该类器件性能比较分析

从2005年开始到目前为止，水溶液制备的太阳能电池的效率发展趋势。

【小结】

在该研究成功地制备出了双边体异质结水系太阳能电池，该器件效率打破了传统单边体异质结的5.5%的效率，突破到6%。研究者认为这种双边体异质结结构不仅可以应用于水系太阳能电池上，而且在有机太阳能电池、量子点太阳能电池，钙钛矿太阳能电池也能发挥有效作用。

文献链接：Aqueous-Processed Polymer/Nanocrystal Hybrid Solar Cells with Double-Side Bulk Heterojunction（Adv. Energy. Mater, DOI：10.1002/aenm.201701966, 2017）

本文由材料人编辑部欧洲杯线上买球 学术组金也供稿，欧洲足球赛事 编辑整理。

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