介观钙钛矿太阳能电池中间隔层研究

摘要

近年来，一种基于钙钛矿结构材料的新型太阳能电池——钙钛矿太阳能电池的研究取得了突飞猛进的发展，光电转化效率获得大幅提升，同时其具有成本低、制备工艺简单、可制备柔性器件和大面积化等诸多方面的优势。在无空穴传输材料的碳电极钙钛矿太阳能电池中，存在开路电压较低的问题，这一现象与电子传输层与碳电极之间的间隔层息息相关。间隔层过薄时隔绝效果太差导致电荷复合严重，过厚时电荷传输距离变大同样会造成复合加重，都会降低开路电压（Voc）从而使器件效率受到影响，因而有必要设计出厚度较薄，又具有良好隔绝效果的间隔层，来减少器件中的载流子复合，提升Voc。 本文在无空穴传输材料的碳电极钙钛矿太阳能电池中设计并实现了两种新型间隔层结构，都能在较薄厚度的条件下减小内部电子空穴对的复合，提升开路电压，进而提高电池效率。一种是在TiO2与ZrO2之间插入双功能Al2O3中间层，Al2O3不仅与ZrO2共同组成间隔层，隔开TiO2与碳电极，还能在形成过程中进入介孔TiO2内部对TiO2与钙钛矿的界面形成修饰，从而在抑制电子传输材料与碳电极的载流子复合的同时，也能抑制电荷在电子传输层与钙钛矿界面处的复合，使Voc从836mV提升到了942mV，并获得14.26%的最高光电转换效率。另一种是将壳型反蛋白石结构Al2O3作为间隔层，其相互连通的多孔结构能实现钙钛矿的良好填充，有利于电荷的传输，其在较薄的厚度下绝缘性能较好，从而减小电子传输材料与碳电极的复合，使Voc从781mV提升到了903mV，并获得13.06%的最高光电转换效率。

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