暨南大学 唐群委J. Mater. Chem. A：通过界面工程改善无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的界面电荷提取

【引言】

近年来，基于CsPbBr₃的无机钙钛矿太阳能电池（PSC）由于具有优异的热学和化学稳定性受到了科研人员的广泛关注。研究发现，无机PSC器件的电荷提取能力对光电转换效率的提升具有关键作用。经典无机PSC器件采用CsPbBr₃薄膜为吸光层，其价带能级为-5.6 eV，与碳电极的功函数-5.0 eV产生的0.6 eV的能量差致使界面电荷严重复合并限制光伏性能的进一步提升。因此，如何通过界面工程实现界面电荷的高效提取是全无机PSC领域的研究热点之一。

【成果简介】

近日，暨南大学唐群委教授（通讯作者）设计了一类绿色合金CuInS₂/ZnS量子点，通过控制反应温度和反应时间调控量子点的能带结构，并利用CuInS₂/ZnS量子点修饰CsPbBr₃钙钛矿层与碳层的界面能级，有效提高了无机PSC器件的空穴提取能力，并获得了8.42%的光电转换效率。相关成果以“Toward charge extraction in all-inorganic perovskite solar cells by interfacial engineering”为标题发表在Journal of Materials Chemistry A杂志上。

【图文简介】

图1.采用CuInS₂/ZnS量子点修饰无机PSC器件界面

（a）无机PSC器件结构示意图。

（b）无机PSC的SEM断面图。

（c）无机PSC的能级结构和电荷传输。

（d）具有不同带隙CuInS₂/ZnS量子点的紫外-可见吸收光谱。

图2.CuInS₂/ZnS量子点的相关表征

（a）不同带隙CuInS₂/ZnS量子点的PL与紫外-可见吸收图谱。

（b）不同带隙CuInS₂/ZnS量子点的TEM以及粒径分布。

（c）不同带隙CuInS₂/ZnS量子点发光特性。

（d）CuInS₂/ZnS量子点的CIE图谱。

（e）CsPbBr₃/CuInS₂/ZnS层的表面SEM和mapping图谱。

图3.无机PSC器件的电池性能

（a）CuInS₂/ZnS量子点修饰无机PSC器件的J-V曲线。

（b）无机PSC器件的稳态输出。

（c）无机PSC器件的效率分布。

（d）无机PSC器件在RH=80%环境中的稳定性。

图4.无机PSC器件的电荷提取性能

（a）电池器件的PL图谱。

（b）电池器件的瞬态荧光光谱。

（c）无机PSC器件的复合电流。

（d）电池器件的阻抗图谱。

【小结】

研究人员利用CuInS₂/ZnS量子点的带隙调控优化了钙钛矿/碳界面的能级结构，改善了无机PSC器件的空穴提取能力，获得了8.42%的光电转换效率，并探讨了不同带隙量子点对电池性能的影响。这项工作对于深化电荷提取能力的界面工程研究提供了新思路。

文献链接：Toward charge extraction in all-inorganic perovskite solar cells by interfacial engineering(J. Mater. Chem. A, 2018, DOI:10.1039/C8TA02522C)

本文由材暨南大学唐群委教授课题组供稿，特此感谢。

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