09-高效平面异质结钙钛矿电池-游经碧-solarbe文库

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高效平面异质结钙钛矿电池游经碧中国科学院半导体研究所 E-mailjyousemi.ac.cn 2017.11.18于江苏徐州 1  ABX 3 structure  High absorption coefficient  Long carrier diffusion length A CH 3 NH 3 ，HCNH 2 2 ，Cs B Pb, Sn, Bi X Cl, Br, I G. C. Xing et al., Science, 342, 344-3472013. S. D. Stranks et al., Science, 342, 341-3442013. Q. Dong et al.,Science,347,967-9702015.W. J. Yin et al., Adv. Mater. 26, 46532014. 5 1.钙钛矿太阳能电池 3 A. Kojima et al., JACS, 131, 6050 2009. Miyasaka等首次展示钙钛矿材料在太阳能电池中的应用。 1.钙钛矿太阳能电池 4 From DSSC to planar structure Year 2009 Year 2012 Year 2013 TiO 2 based mesoporous Al 2 O 3 based mesoporous Snaith et al., Science, 338, 643-647 2012. Park Scientific Reports, 2, 591 2012 Planar structure Snaith et al., Nature, 501, 395 2013. Al 2 O 3 /perovskite 1.钙钛矿太阳能电池 Three key factors 1. High-efficiency 2. Hysteresis-free 3. Stability High-efficiency No hysteresis Long-time light-soaking stability W. S. Yang et al.,Science,356,1376-13792017 W. S. Yang et al.,Science,348,1234-12372015 N. Arora et al., Science, DOI 10.1126/science.aam5655 8 Perovskite solar cell efficiency has skyrocketed from 3.8 to 22.1 1.钙钛矿太阳能电池 6 电荷抽取不平衡、离子移动以及界面势垒可能是电滞现象原因。 TiO 2 based mesoprous TiO2 based planar structure Inverted structure N. J. Jeon et al., Nat. Mater. 13, 897 2014. L. Meng, J. B. You*, Y. Yang* et al., Acc. Chem. Res. 2016. 2.1 无电滞的平面异质结电池 7 G. Xing et al, Small, 11, 3606 2015. 钙钛矿/TiO 2 界面电荷积累界面电荷积累离子移动，电荷输运不平衡以及界面导带不匹配导致势垒。 H. Snaith et al., ACS Nano, 8, 12701 2014. 2.1 无电滞的高效平面异质结电池 8 SnO 2 具有低的导带能级、高的载流子迁移率，曾在DSSCs电池有过尝试。 H. Snaith et al., Nano Lett. 10, 1259 2010. J. Luo et al., JACS, 138, 8165 2016. 2.1 无电滞的高效平面异质结电池理论计算结果 9 1. Ma  SnO 2 纳米晶的迁移率约为10 -3 cm 2 /V∙s,而TiO 2 纳米晶的为10 -5 cm 2 /V∙s。 2.1 无电滞的高效平面异质结电池 13 2.1 无电滞平面异质结电池 PL TRPL Transit current Transit voltage 光学和电学测试结果都表明SnO 2 对于电子抽取能力好于TiO 2 . 14 Q. Jiang, X. W. Zhang*, J. B. You*, Nature Energy, 2, 16177 2016. Certificated efficiency 19.9 Device performance using SnO 2 ETL. 2.1 无电滞平面异质结电池 a b c d 1μm 1μm 1μm 1μm 32 2.2 高效平面异质结电池调控钙钛矿中PbI2含量 PbI2被证实对晶界钝化有帮助，但是PbI2 多少合适呢 Q. Jiang, X. W. Zhang*, J. B. You*, Adv. Mater. , 1703852 2017. 1500/1000 1500/1300 1500/1500 1500/1700 XRD UV-Vis PLTRPL 34 2.2 高效平面异质结电池 PbI2含量对结构及光学性质影响 Q. Jiang, X. W. Zhang*, J. B. You*, Adv. Mater. , 1703852 2017. 35 2.2 高效平面异质结电池 PbI2含量对正反测的影响 Q. Jiang, X. W. Zhang*, J. B. You*, Adv. Mater. , 1703852 2017. 36  PbI2少量空穴传输受限  PbI2过量空穴传输加快反型回滞电子传输空穴传输 2.2 高效平面异质结电池 PbI2含量对电荷转移的影响 Q. Jiang, X. W. Zhang*, J. B. You*, Adv. Mater. , 1703852 2017. 正型回滞电子传输空穴传输 1500/1000FAI-rich 1500/1700PbI 2 -excess 1500/1300PbI 2 -proper  PbI2缺少效率逐渐上升  PbI2适当过量器件稳定  PbI2严重过量器件衰减快 37 2.2 高效平面异质结电池 PbI2含量对器件稳定性影响 Q. Jiang, X. W. Zhang*, J. B. You*, Adv. Mater. , 1703852 2017. 38 2.2 高效平面异质结电池面积0.1 cm 2 电池效率21.6, 面积1 cm 2 电池效率20.1。 Q. Jiang, X. W. Zhang*, J. B. You*, Adv. Mater. , 1703852 2017. 21 转换效率20.9 最新结果 2.2 高效平面异质结电池 Q. Jiang, X. W. Zhang*, J. B. You*, Adv. Mater. , 1703852 2017. 22 3. 总结与致谢 利用SnO 2 电子传输层，改善了钙钛矿/电子传输层界面电子传输问题，基本解决了钙钛矿平面异质结电池的电滞问题。 调控PbI2含量，研制出论证效率为20.9的平面异质结钙钛矿电池。课题组成员张兴旺研究员张留旗博士蒋琦博士生杨晓磊博士生王鹏阳博士生赵洋博士生储泽马硕士生李倩楠硕士生叶秋枫硕士生陈勇硕士生 23 谢谢大家