Nanotechnology编辑优选：由PTAA/MoS2双传输层实现的高效钙钛矿太阳能电池
本篇研究来自吉林大学李爱军和王晓峰课题组。本文介绍了以MoS2 和PTAA作为钙钛矿太阳能电池的双层空穴传输层有效提高了电池的转换效率。在三维钙钛矿太阳能电池中利用双层空穴传输层器件将电池功率转换效率提高到 18.47%，而单独使用 PTAA 的对照设备显示转换效率为14.48%。在二维钙钛矿太阳能电池中也体现了同样的效果，双层空穴传输层器件的转换效率达到13.19%，而单独使用PTAA的转换效率为10.13%。
文章介绍
- 李爱军，吉林大学物理学院
- 王晓峰，吉林大学物理学院
研究背景：
由于钙钛矿结构具有高吸收，双极载流子传输特性，良好的流动性和长载流子扩散长度等优异光电性能，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的研究近年来一直是国内外新能源探索的热点。其中具有很高器件效率的Spiro-OMeTAD 是目前最广泛使用的空穴传输材料，然而其成本昂贵，并且为了高电导率而掺杂在其中的物质将降低电池的稳定性，这些缺陷限制了其在商业化中的应用。钙钛矿太阳能电池的商业化急需一种低成本、高效、稳定的空穴传输材料。MoS2 作为一种无机半导体材料，具有适当的内在带隙、疏水性、低成本、环境稳定性和溶液可加工性等优点而被广泛应用于光电器件中。我们设计了一种旋涂PTAA的MoS2无机纳米片双空穴传输层结构有效提高了钙钛矿太阳能的效率和稳定性。
研究内容：
空穴传输层在钙钛矿太阳能电池中起着至关重要的作用，我们以MoS2纳米片作为倒置光伏结构的阳极缓冲层来提高钙钛矿太阳能电池的性能。具有单MoS2缓冲层的钙钛矿太阳能电池功率转换效率低并且长期稳定性差。结合 MoS2和PTAA作为双层空穴传输层后，电池功率转换效率提高到18.47%，而单独使用PTAA的对照设备显示转换效率为14.48%。在二维钙钛矿太阳能电池中也体现了同样的效果，对于双层空穴传输层器件，转换效率达到13.19%，而单独使用PTAA的对照组相应转换效率为10.13%。通过电学阻抗谱和荧光光谱分析显示转换效率的显著改善归因于界面电阻的降低以及空穴抽取能力的提高。此外，改善后的电池器件表现出更好的稳定性，转换效率在储存500h后仍然保持初始值的66%，高于47%的基于单个PTAA或MoS2设备的剩余转换效率。本研究结果表明聚合物和无机纳米材料作为钙钛矿太阳能电池以及其他光伏结构的双层缓冲材料的潜在应用价值。
作者介绍
王晓峰 教授
吉林大学
- 吉林大学物理学院学院教授，博士毕业于日本关西学院大学理工学部，主要从事太阳能转换与储存相关的研究。已经在EES, JACS, AFM等期刊发表论文120多篇。成果获得中国科学报能源版专题报道。
李爱军 副教授
吉林大学
- 吉林大学物理学院学院副教授，从事新能源电池和量子光学方面的研究，先后在美国佐治亚南方大学，美国威廉玛丽学院等做访问学者。
期刊介绍
- 2021年影响因子：3.953 Citescore：6.2
- Nanotechnology（NANO）创刊于1990年，是第一本纳米科研和技术领域的专业期刊。NANO发表纳米技术研究发展前沿的高水平研究论文及纳米研究进展的综述，主要集中在纳米能源、生物和医学、电子和光子、图案和纳米加工、传感和驱动、材料合成和材料性能等领域。