新型高效率和高稳定性钙钛矿/有机集成太阳电池光伏性能研究

摘要

钙钛矿/有机集成太阳电池具有宽带隙的钙钛矿活性层吸收高能量的光子,较低能量的光子可以透过钙钛矿层并被窄带隙的有机活性层吸收.即通过引入可见光区的钙钛矿材料和近红外(near-infrared,NIR)有机半导体材料组成的体异质结(bulk heterojunction,BHJ),在保持钙钛矿型器件高开路电压的同时,也可以获得有机电池增强的短路电流密度.将窄带隙有机活性层PC_(20)BDTDPP:PC_(71)BM直接沉积在CH_(3)NH_(3)PbI_(3)上制备成钙钛矿/有机集成太阳电池.CH_(3)NH_(3)PbI_(3)/PC_(20)BDTDPP:PC_(71)BM集成太阳电池可以扩宽钙钛矿的吸收光谱,提高近红外光的吸收利用.结果表明,集成太阳电池的短路电流密度提升到23.90 mA/cm^(2),光响应扩宽到920 nm,外量子效率在可见光区达到85%,在近红外区域(800—900 nm)亦接近55%,器件能量转换效率高达20.30%,最佳器件的积分电流密度和近红外区的外量子效率以及能源转换效率均是目前报导的钙钛矿/有机集成太阳电池中的最高值,在室温25℃和湿度30%的环境下,器件的效率经过350 h以后,下降到初始效率的95%,表现出极佳的器件稳定性.研究结果表明:通过材料组合和器件结构优化来提高钙钛矿太阳电池对于近红外光的吸收,以及提升钙钛矿/有机集成太阳电池性能的策略是一种有效的方法.为将来开发高效率和高稳定性的钙钛矿/有机集成电池提供了理论指导和实验基础.