09-高效平面异质结钙钛矿电池-游经碧
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-mail：jyou@semi.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 + ，HC(NH 2 ) 2 + ，Cs + B: Pb, Sn, Bi X: Cl, Br, I G. C. Xing et al., Science, 342, 344-347(2013). S. D. Stranks et al., Science, 342, 341-344(2013). Q. Dong et al.,Science,347,967-970(2015).W. J. Yin et al., Adv. Mater. 26, 4653(2014). 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,356,1376-1379(2017) W. S. Yang et al.,Science,348,1234-1237(2015) 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 PL&TRPL 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 1500/1000:FAI-rich 1500/1700:PbI 2 -excess 1500/1300:PbI 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！
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