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有机空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池中的应用进展

2021-10-18张韬毅张龙贵计文希

石油化工 2021年9期
关键词:结构

汪 璐,张韬毅,张龙贵,计文希

(中国石化 北京化工研究院,北京 100013)

近年来,钙钛矿太阳能电池由于制造成本低、制备工艺简单,引起研究者的广泛关注[1-6]。钙钛矿材料的吸收系数较高、载流子扩散长度长、迁移率高、激子结合能低、直接带隙可调,是一类理想的光电材料。2009年,Miyasaka课题组将甲胺铅碘(MAPbI3)用作染料敏化太阳能电池的吸光材料,得到3.80%的能量转换效率(PCE)[7]。此后,经过十多年的飞速发展,到目前为止,文献公开报道的钙钛矿太阳能电池的最高PCE已达25.17%(认证效率为24.40%)[8];而由美国国家可再生能源实验室认证的钙钛矿太阳能电池的最高PCE达到了25.50%。钙钛矿太阳能电池成为最有发展潜力的光伏技术,空穴传输材料作为钙钛矿太阳能电池的重要组成部分之一,也经历了飞速的发展。

本文介绍了钙钛矿太阳能电池的结构及工作原理,并对用于高性能钙钛矿太阳能电池中的空穴传输材料进行了综述。

1 钙钛矿太阳能电池的结构及工作原理

钙钛矿太阳能电池为多层结构,主要由透明导电电极(如氟掺杂氧化锡(FTO)或氧化铟锡)、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、金属电极(如Au,Ag等)组成。常见的钙钛矿电池结构主要有介孔n-i-p结构、平面n-i-p结构及平面p-i-n结构(又叫反式结构),图1为钙钛矿太阳能电池结构[9-11]及电荷传输示意图。以n-i-p结构的电池为例,当钙钛矿层吸收太阳光被激发后,会产生一对自由电子和空穴,被激发到钙钛矿导带的自由电子扩散到钙钛矿/电子传输层界面处,并注入到电子传输层中,传输后到达FTO电极,然后流经外电路到达金属电极。……

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