【概述】

自2009年Miyasaka團隊發(fā)布第yi份混合鈣鈦礦太陽能電池(PSC)報告以來。采用低溫溶液處理法制備的鈣鈦礦膜具有多晶性，其水分降解和光子有源相轉(zhuǎn)移阻礙了光能轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性[1, 2]。實驗發(fā)現(xiàn)，減少晶界缺陷如增大晶粒尺寸來減少晶界數(shù)的策略是有效的。此外，鈣鈦礦膜晶界和界面的缺陷鈍化可以有效YZ與缺陷相關(guān)的電荷陷阱和復合，可提高其光伏性能。例如，二維鈣鈦礦從水分和YZ離子遷移、路易斯酸或堿功能化的半導體分子也可用于缺陷鈍化，從而提高光能轉(zhuǎn)化效率以及鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性。

尋求促進光活性層電荷快速分離、傳輸一直是研究鈣鈦礦太陽能電池研究的熱點問題，對發(fā)展高性能太陽能光電器件具有非常重要的意義。Wang課題組研制出一種經(jīng)修飾的WO3納米晶引入到鈣鈦礦中可以促進光生載流子的傳輸。實驗發(fā)現(xiàn)其光能轉(zhuǎn)換效率從17.72%提高到19.29%。這主要是由于WO3在晶界處的使鈣鈦礦膜促進了相鄰晶粒之間的電荷傳輸，這一點可看到薄膜的猝滅光致發(fā)光，縮短了載流子壽命，增加了載流子遷移率。這項研究提供了一種將普通金屬氧化物嵌入鈣鈦礦膜的有效方法光電性能[3]。

【實驗/設備條件】

本次實驗主要用到Newport 量子效率測試系統(tǒng)和I-V測試站等設備。下表中字體加粗部分是用到的量子效率測試系統(tǒng)的主要參數(shù):

產(chǎn)品特點：IQE 200B 使研究人員能夠測量任何光伏器件的內(nèi)部量子效率(IQE)和外部量子效率(EQE)，也稱為入射光子到電荷載流子效率(IPCE)。IQE 200B 采用業(yè)界領(lǐng)xian、經(jīng)久耐用的光學性能組件，在出廠時已進行預配置、組裝和校準。該產(chǎn)品是一個統(tǒng)包解決方案，包括所有必要的組件與集成光源、單色儀、探測器、電子器件、軟件甚至計算機。

? 完整的統(tǒng)包 PV 效率測量解決方案

? 堅固、緊湊的設計，可以限度減少實驗室空間

? 可以同時進行 IQE、EQE 和光譜響應測量

? 將光束斬波器與虛擬數(shù)字鎖相放大器集成在一起

? 消色差光學器件：保持整個光譜范圍內(nèi)的光斑尺寸

? 用戶友好型、基于圖標的軟件界面，可以使校準和 IQE 測量更加簡單

【樣品提取】

【實驗/操作方法】

【實驗結(jié)果/結(jié)論】

光伏測試結(jié)果：

圖1  (a)鈣鈦礦層晶界處微觀簡圖。(b)鈣鈦礦太陽能電池的橫截面SEM圖像。(c)不同條件下的J-V曲線。(d)使用或不使用WO3納米粒子形成的鈣鈦礦太陽能電池的正反掃描測量J-V曲線。(e)經(jīng)修飾的鈣鈦礦太陽能電池光能轉(zhuǎn)化效率曲線和短路電流曲線。(f)含有和不含有WO3納米粒子的鈣鈦礦太陽能電池器件的特征度統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

表1  在355nm激光照射下含有WO3納米粒子和不含有WO3納米粒子的鈣鈦礦太陽能電池的參數(shù)。

總結(jié)：

實驗證明WO3 納米粒子具有氧空位缺陷可以用來提高溶液處理的雜化鈣鈦礦薄膜的光伏性能。將富氧的WO3 納米粒子引入雜化鈣鈦礦膜中，通過X射線光電子能譜(XPS)測量深度剖面，可以在晶界上驗證WO3 納米粒子在鈣鈦礦膜中的位置。這改進并降低了相鄰晶粒間的能壘，以及空氧的載流子遷移率較高，改善了鈣鈦礦太陽能電池的光能轉(zhuǎn)化效率。

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【儀器/耗材清單】

[參考文獻]

[1]A. Kojima, K. Teshima, Y. Shirai, T. Miyasaka, Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells, J. Am. Chem. Soc. 131 (2009) 6050–6051.

[2]National center for photovoltaics (NCPV) at the national renewable energy laboratory (NREL). www.nrel.gov/pv/assets/images/efficiency-chart.20181221. jpg.

[3]Hang Guo, Pengfei Guo, Xiaokun Yang, Jin Zhang, Huiwu Yu, Wenhao Zhao, Qian Ye, Hongyue Wang, Hongqiang Wang, Embedding of WO3 nanocrystals with rich oxygen-vacancies in solution processed perovskite film for improved photovoltaic performance, Journal of Power Sources 461 (2020) 228175.