华中科大陈炜Adv. Energy Mater. :基于低温溶液法制备CuCrO2空穴传输层的高效、高光稳定钙钛矿太阳能电池

引言

在短短几年间，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经突破22%，然而其对湿度和光照的稳定性是限制其工业化生产的重要因素。虽然近年来，科研工作者通过多种手段提高钙钛矿太阳能电池对湿度的稳定性，但是钙钛矿太阳能电池的光稳定性研究较少，尤其是紫外光(<400 nm)稳定性。目前降低紫外光对钙钛矿的分解主要有两种途径：一种是将钙钛矿吸收的紫外光转换成可见光；另一种是制备紫外光阻挡层，将紫外光过滤。在顺式n-i-p结构中已有报道BaSnO₃作为电子传输层抑制紫外光对钙钛矿的分解，但是在反式p-i-n结构的钙钛矿太阳能电池中，如何降低紫外光对钙钛矿层的分解是亟待解决的问题。本研究中，通过低温溶液法制备致密的CuCrO₂空穴传输层，并将其应用在反式p-i-n钙钛矿太阳能电池中，取得19%的光电转换效率，同时，CuCrO₂空穴传输层能够吸收紫外光从而降低紫外光对钙钛矿的破坏，最终提高钙钛矿太阳能电池的光稳定性。

成果简介

最近，华中滚球体育 大学武汉光电国家科学中心的陈炜教授课题组与香港滚球体育 大学杨世和教授，华盛顿大学Alex K.-Y. Jen教授合作，在Adv. Energy Mater.上发布了一篇名为 ”Low-Temperature Solution-Processed CuCrO₂Hole-Transporting Layer for Efficient and Photostable Perovskite Solar Cells“ 的文章。该研究中通过低温溶液法制备致密的CuCrO₂空穴传输层并将其应用在反式p-i-n钙钛矿太阳能电池中，取得19%的光电转换效率；研究同时发现，CuCrO₂空穴传输层能够吸收紫外光从而降低紫外光对钙钛矿的破坏，最终提高钙钛矿太阳能电池的光稳定性。

图文简介

图1 CuCrO₂晶体结构及器件结构和能级图

（a）CuCrO₂的晶体结构；

（b）钙钛矿太阳能电池的结构示意图；

（c）对应的能级图。

图2 CuCrO₂及其薄膜的性能表征图

（a）CuCrO₂的XRD图；

（b）CuCrO₂的TEM图（低放大倍数）；

（c）CuCrO₂的粒径统计分布图；

（d）CuCrO₂的TEM图；

（e）CuCrO₂的HR-TEM图；

（f）CuCrO₂的HR-TEM相应的SAED图；

（g）CuCrO₂薄膜的SEM图；

（h）CuCrO₂薄膜的AFM图；

（i）不同厚度的CuCrO₂薄膜的透过率图。

图3 基于CuCrO₂的钙钛矿薄膜及钙钛矿器件性能表征图

（a）基于CuCrO₂的钙钛矿的SEM图；

（b）钙钛矿，钙钛矿/CuCrO₂以及钙钛矿/NiO的PL图；

（c）钙钛矿太阳能电池的截面SEM图；

（d）CuCrO₂和NiO两种器件的JV曲线图；

（e）两种器件的IPCE图；

（f）两种器件效率分布的相状图。

图4 CuCrO₂和NiO两种器件的光稳定性测试

（a）CuCrO₂和NiO两种膜的UV-vis图；

（b）CuCrO₂和NiO两种器件的光稳定性测试示意图；

（c）-（f）CuCrO₂和NiO器件在紫外灯照射下的V_OC，J_SC，FF 以及PCE随时间的演变图。

小结

CuCrO₂由于具有较高的空穴迁移率和电导率，同时其价带位置与钙钛矿的价带位置匹配，使钙钛矿能够更有效地将空穴注入至CuCrO₂中，器件性能为19.0%。更重要的，CuCrO₂可以吸收部分紫外光，从而有效地抑制了紫外光对钙钛矿膜的破坏，暴露在紫外灯下照射1000 h，发现基于CuCrO₂的器件性能仅降低约10%。

文献链接：Low-Temperature Solution-Processed CuCrO₂Hole-Transporting Layer for Efficient and Photostable Perovskite Solar Cells（Adv. Energy Mater.，2018，DOI: 10.1002/aenm.201702762）

团队介绍：

陈炜教授本硕博毕业于清华大学材料科学与工程系，2008年获得工学博士学位；2008-2010年，香港滚球体育 大学化学系从事博士后研究；2012年2月-3月，澳大利亚Monash大学材料系，短期学术访问；2012年7月-8月，香港滚球体育 大学化学系，访问学者；2014年4月，日本国立材料与物质研究机构（NIMS）特别研究员，访问研究1年。2010年4月至2016年1月，华中滚球体育 大学武汉光电国家实验室副教授。2016年1月至今，华中滚球体育 大学武汉光电国家实验室教授，博士生导师（2014年-至今）。入选国家第三批万人计划“青年拔尖”人才。获得2015年中国十大滚球体育 新锐人物称号。

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