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Mo5+掺杂诱导界面极化提高平面钙钛矿太阳能电池光伏性能研究

2020-05-21

近年来,钙钛矿太阳能电池(PSCs)拥有可溶液加工、高效率等优点,成为光伏领域的明星器件,引起世界研究热潮。目前研究主要集中于稳定性好、光电转换效率高的钙钛矿器件的研制与开发,研发切入点主要是结晶工程和界面工程,其中传输层界面修饰和改进是人们的关注点之一。

其中,PEDOT:PSS(聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸)是最常用的一种倒置钙钛矿器件空穴提取层界面材料(HTL)。由于PEDOT:PSS导电性呈梯度和微观形态分布不均匀等问题影响此类型钙钛矿器件的性能提升和稳定性。近期,为了进一步验证PEDOT:PSS空穴传输层电学性能对器件性能的影响,河南师范大学物理学院光伏材料重点实验室夏从新教授、蒋玉荣博士等将Mo5+掺杂到PEDOT:PSS中作为空穴传输层,研究了Mo5+对PEDOT:PSS电学性能的调控,分析了介界极化对钙钛矿电池性能影响的机理。

MoOX是一种稳定的无机空穴传输层材料,Mo元素的化学计量比决定了MoOX带隙及电学性能。不同化学计量比的MoOX掺入影响到PEDOT:PSS电学性能及薄膜形貌。研究中发现,与Mo6+掺杂器件相比较,掺杂微量的Mo5+除了可以提高钙钛矿层的覆盖率外,还改善了器件的电学损失,从而提高光电转换效率。对Mo5+掺杂PEDOT:PSS空穴传输层导电性和器件开路电压衰减、阻抗谱进行测试分析,结果表明Mo5+掺杂提高了PEDOT:PSS的导电性和介电常数及PEDOT:PSS与钙钛矿层之间的界面极化。界面极化电场有效抑制界面处陷阱和空穴的重组。界面极化电场降低了钙钛矿与HTL界面光生载流子的复合,从而提高器件的光伏性能。

该研究工作揭示了空穴传输层的导电性及界面极化对PSCs性能的影响及规律,为进一步制备稳定高效PSCs器件提供了一种思路和策略。

图1 a)掺Mo5+传输层钙钛矿太阳能电池结构图;b)陷阱辅助重组机制示意图

Mo5+ doping induced interface polarization for improving performance of planar perovskite solar cells

Yurong Jiang, Yue Yang, Yiting Liu, Shan Yan, Yanxing Feng, Congxin Xia

J. Semicond. 2020, 41(5): 052203

doi: 10.1088/1674-4926/41/5/052203

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(来源:半导体学报2020年第5期—钙钛矿半导体光电材料与器件专刊



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