【突破】鈣鈦礦太陽能電池中載流子動力學研究取得新進展
光伏產業網訊
發布日期：2016-09-21
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9月20日，中科院大連化物所成功發現了鈣鈦礦太陽能電池中鈣鈦礦—電極界面載流子提取效率的微觀非均勻分布是限制電池效率的因素之一。
光伏產業網訊：9月20日，中科院大連化物所超快時間分辨光譜與動力學創新特區研究團隊，金盛燁研究員帶領團隊在金屬有機鈣鈦礦太陽能電池中載流子動力學研究工作中取得新進展，成功發現了鈣鈦礦太陽能電池中鈣鈦礦—電極界面載流子提取效率的微觀非均勻分布是限制電池效率的因素之一，相關研究成果“LimitingPerovskiteSolarCellPerformancebyHeterogeneousCarrierExtraction”發表在德國應用化學雜志上。
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近年來，金屬有機鈣鈦礦材料CH3NH3PbX3（X=Cl、Br、I）由于其在構建高效、廉價太陽能電池和其它光電器件等方面展現出極大的應用價值，成為目前國際上重要的研究熱點材料之一。目前的研究普遍認為鈣鈦礦膜表面微觀形貌（晶塊大小、邊界等）的非均一性對薄膜光電性質有很大的負面影響，但其影響機制并不清楚。因此，探究鈣鈦礦薄膜微觀形貌的非均勻性對載流子壽命、遷移率以及電池性能的影響對于進一步提高太陽能電池效率是非常必要的。
該研究團隊利用自主搭建的時間分辨熒光掃描成像系統在亞微米空間尺度上成功實現了對微觀區域載流子壽命，晶粒內部和晶粒之間的載流子擴散系數，晶粒內載流子遷移距離和載流子提取效率的直接成像測量；發現在高質量鈣鈦礦CH3NH3PbI3（Cl）多晶薄膜中，晶粒內部載流子擴散速率很快，與大塊鈣鈦礦單晶材料相近，載流子壽命較長，在不同大小和形狀的晶粒之間的分布是非常均一的；由此證明鈣鈦礦膜表面微觀形貌（晶塊大小、邊界等）的非均一性會損害薄膜光電性質的推斷不完全正確。但是，當鈣鈦礦薄膜表面負載電子層和空穴傳輸層的時候，由于在鈣鈦礦和電子（空穴）受體界面存在的缺陷，不同晶粒表面載流子提取效率存在很大的差異，這很可能是限制太陽能電池效率進一步提高的關鍵因素。
上述研究工作得到科技部重大研究計劃、遼寧省自然科學基金等的支持。