基于无机钙钛矿吸光体的太阳电池材料及器件研究

Organic-inorganic hybrid perovskite solar cells (PSCs) have attracted great interests recently as a novel kind of solar cells. The advantages of high absorption coefficient, wide absorption spectrum and high carrier mobility make PSCs an important canditate of solar cells with great potential and the power conversion efficiency of PSCs has exceeded 15%. Inorganic perovskite absorbers are more stable and can extend the materials range for PSCs. The project aims to investigate the materials and devices based on all inorganic perovskite absorbers. We firstly plan to synthesize and characterize the absorbers. After we have obtained the synthesis method and understand the condensed structure and optoelectric properties, two kinds of solar cells will be prepared and investiged the performance. One is nanostructured device based on the mesoporous film and the other is flat junction device. The mechansim of electron transport and recombination will be investigated with optoelectric modulated techniques. The project can not only lay a firm foundation for boosting the efficiency of PSCs, but also promote multidisciplinary cross fussion of inorganic chemistry, materials, semiconductor physics et ac.

基于有机无机杂化的钙钛矿太阳电池是近年来新兴的一种重要电池。由于有机无机钙钛矿材料具有高吸收系数、宽吸收光谱以及优良的电荷传导性能，钙钛矿电池是一种极具未来发展潜力的太阳电池，目前光电转换效率已经超过15%。无机钙钛矿吸收体材料具有稳定性高的优点，且可以进一步拓展电池材料的选择范围。本项目提出开展基于无机钙钛矿吸收体的太阳电池的材料及器件研究，拟从吸光体材料的合成与性质表征出发，在建立电池关键材料合成方法及揭示其凝聚态结构与光电性质的基础上，分别开展基于多孔薄膜的纳米结构和平板结构的太阳电池的制备及性能研究，结合光电调制技术，揭示其内部电荷传输及复合机制。通过本项目的实施，不仅能为提升钙钛矿太阳电池效率奠定坚实的科学基础，而且能有力促进无机化学、材料、半导体物理等多学科的交叉与融合。

钙钛矿太阳电池由于其具有制备工艺简单、效率发展迅速以及适合溶液法工艺等突出优点，近年来吸引了研究者广泛的兴趣。本项目主要针对无机钙钛矿，从材料、器件以及机理几个方面开展了研究，取得了系列有意义的成果，主要包括：（1）开展了SnO2薄膜和TiO2微米球薄膜作为骨架层的钙钛矿太阳电池的研究。发现氧化物对于钙钛矿层的形貌以及器件性能有着显著的影响；（2）开展了PbS量子点、CuInS2量子点作为空穴传输材料的钙钛矿太阳电池的研究。发现当采用两步法制备工艺获得覆盖率较高的钙钛矿薄膜时或者采用核壳结构的量子点，能够明显提升电池性能。为设计新型器件结构，扩展电池吸收光谱，增强界面电荷转移等提供了思路；（3）开展了AgBi2I7、CsPbBr3、AgBiS2等无机钙钛矿材料的制备以及相应器件的性能研究。钙钛矿层的形貌对于器件性能有着显著的影响；（4）应用阻抗谱、瞬态吸收光谱、瞬态电流衰减等方法开展了电池内部机理的研究，揭示了材料以及界面对于电荷传输的影响，为进一步提升性能提供了依据。项目发表SCI论文21篇，申请发明专利3项，进行了多次国内外学术会议的邀请报告和口头报告，已毕业博士生2名，硕士生3名。