引言

以鈣鈦礦材料為光吸收層的太陽(yáng)能電池頻頻刷新世界紀(jì)錄，目前已高達(dá)25.2%。隨著研究的不斷深入，器件傳輸和復(fù)合的研究已經(jīng)獲得極佳的控制。然而，據(jù)報(bào)道，聚合物基倒置器件效率往往低于氧化物基正置器件。這一普遍現(xiàn)象給研究者們提出了新的研究課題。探尋聚合物基倒置器件能量損耗源頭，將對(duì)此類(lèi)工藝簡(jiǎn)便，無(wú)遲滯的倒置結(jié)構(gòu)器件推向新的研究熱潮。

電荷輸運(yùn)、能帶調(diào)控和晶粒質(zhì)量的不斷完善，以至于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池內(nèi)量子效率 (IQE) 已經(jīng)趨于100%，意味著由光子激發(fā)產(chǎn)生載流子以及載流子的傳輸?shù)冗^(guò)程已經(jīng)不再是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的限制因素。然而最高效率距Shockley–Queisser效率極限有較大差距，尤其是聚合物基倒置結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。這表明有相當(dāng)部分光并沒(méi)有進(jìn)入鈣鈦礦活性層而被損耗。據(jù)報(bào)道，聚合物基器件內(nèi)量子效率 (EQE) 比IQE相差為10%~15%，也即是說(shuō)，有10%~15%的能量以光子的形式損耗。解決光損耗問(wèn)題，器件效率將得到進(jìn)一步提升。

研究進(jìn)展

近日，西南大學(xué)宋群梁教授(通訊作者)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在ACS Nano 上在線發(fā)表了一篇題為“Coordinated Optical Matching of a Texture Interface Made from Demixing Blended Polymers for High Performance Inverted Perovskite Solar Cells”的文章，該研究采用簡(jiǎn)單的溶洗混合聚合物薄膜工藝獲取了可控的聚合物 (PTAA) 織構(gòu)膜，并成功將其應(yīng)用在ITO/PTAA/Perovskite/PCBM/BCP/Ag結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，同時(shí)利用減反涂層技術(shù)，電池效率達(dá)到21.6%。

圖文簡(jiǎn)介

圖1不同結(jié)構(gòu)器件模型與光學(xué)損失分析

圖2 織構(gòu)界面制備工藝流程及對(duì)應(yīng)SEM截面圖

圖3 平面和織構(gòu)結(jié)構(gòu)器件SEM圖對(duì)比和光學(xué)表征

圖4 器件輸出特性和EQE表征

圖5 PTAA織構(gòu)形貌控制SEM圖以及AFM切線表征

圖6 不同織構(gòu)器件性能表征

圖7 器件性能統(tǒng)計(jì)

小結(jié)

該研究從提出了光學(xué)失配是聚合物基倒置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率相對(duì)較低的根源，并提出內(nèi)部織構(gòu)界面協(xié)調(diào)光學(xué)匹配。文章中采用簡(jiǎn)單的涂布溶洗工藝制備了可控的織構(gòu)界面，在器件界面分布均勻。光學(xué)測(cè)試結(jié)果與EQE的提升一一對(duì)應(yīng)，有效降低器件光損耗。電學(xué)和光致發(fā)光測(cè)試結(jié)果 (包括瞬態(tài)光電流和瞬態(tài)光電壓，穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)光致發(fā)光等)表明，器件傳輸與復(fù)合變化微弱。進(jìn)一步證實(shí)，器件效率由18.3%提升到21.6%的主要原因是改善了光學(xué)匹配。該結(jié)果將對(duì)聚合物基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率的進(jìn)一步提升提供光學(xué)匹配的理論指導(dǎo)和技術(shù)支持，該工藝在柔性器件的制備中具有巨大潛力。

文獻(xiàn)鏈接：

Coordinated Optical Matching of a Texture Interface Made from Demixing Blended Polymers for High Performance Inverted Perovskite Solar Cells，2019，ACS Nano， DOI: 10.1021/acsnano.9b07594.

本文由課題組供稿。