蘇州納米所薄膜太苗條註目陽能電池能級排佈研

  蘇州納米所薄膜太苗條註目陽能電池能級排佈研究取得新進展

 

  近年來,新型薄膜太陽能電池,例若有機/無機雜化鈣鈦礦器件、有機光伏器件等,以其低本钱、高效率、結構簡單、柔性攜帶等優點,惹起瞭廣泛關註。對於薄膜太陽能電池而言,器件能級排佈決定著光生載流子的分離、復合、傳輸和搜集等微觀物理過程,是器件功能的重要決定要素之一。如何无效調控和表征器件能級排佈,是了解器件任务機理,指導原料篩選和器件工藝優化等的重要切入點。

  近日,蘇州納米技術與納米仿生研讨所研讨員陳立桅課題組在薄膜太陽能電池能級排佈的調控和表征兩方面研讨中获得新進展:

  1.在有機/無機雜化鈣鈦礦光伏器件中,深化了解原料摻雜、能級調控與器件功能的互相聯系。第一性原理計算标明,金屬離子的外層電子軌道是有機/無機雜化鈣鈦礦能帶結構的重要決定要素,進而影響其原料的光學和電學性質。國內外多個研讨小組報道,大批金屬離子替换Pb2+能够无效提升器件功能,但能級結構演化與器件功能的互相作用機制缺乏深化研讨。陳立桅課題組运用Ag+替換局部Pb2+在鈣鈦礦中引入受主態,使得本来呈n型的鈣鈦礦原料的費米能級向禁帶中心移動,呈現本征半導體的性質,這樣的變化无效降低鈣鈦礦中的電子濃度,无益於載流子的平均輸運。通過優化銀摻雜比例,进步鈣鈦礦原料結晶性,改善薄膜形貌和載流子動力學。在這些要素協同促進下,反式結構鈣鈦礦立体異質結器件(ITO/Cu:NiOx/perovskite/PCBM/Ag)效率從16.0%进步到18.4%(圖1)。進一阵势,通過等效電路模型證實瞭鈣鈦礦載流子濃度與器件功能的互相作用關系 。相關研讨结果發表在Nano Lett.上 。

  2.在有機薄膜光伏器件中,在器件工況下定量表征瞭反式器件的能級排佈。對於薄膜太陽能電池層層堆疊這種垂直封閉型結構,当前缺乏无效的手腕直觀地測量器件工況下(operando)的能級結構 。陳立桅課題組在Nat. Commun.報道瞭橫截面掃描開爾文探針顯微鏡(cross-sectional SKPM),能够實現短路、開路、暗態和光照等器件工況下的能級結構測量,但能級排佈的定量測量依旧懸而未決。進一步研讨,陳立桅課題組發現針尖/懸梁臂卷積效應是影響器件能級結構的定量測量的重要要素,在存在界面能級突變的反型器件中(ITO/ZnO/BHJ/MoOx/Al)卷積效應乃至能掩蓋真實的電勢分佈,得出方向錯誤的內建電場。為解決這一問題,他們與陸書龍課題組协作,用分子束内涵生長的GaAs/GaInP異質結校準針尖傳遞函數,借助反卷積算法去除針尖均匀效應,還原出反式器件真實的能級排佈(圖2)。相關研讨结果發表在Nano Energy上,並在《物理化學學報上》撰寫專論。

  研讨任务失掉瞭美國華盛頓大學教授Alex Jen,蘇州納米所研讨員陸書龍和馬昌期等的撑腰 。研讨任务遭到國傢自然科學基金、科技部重點研發計劃而在懸架方面,觀致5SUV將采納全新多連桿獨立後懸掛零碎 以及中科院科研裝備項目的經費資助與研發條件撑腰。

  

  圖1.(a)鈣鈦礦型太陽能電池結構表示圖;(b)差别銀註入比例下的鈣鈦礦能級圖;(c)差别銀註入比例下的鈣鈦礦器件電壓-電流效率曲線。

  

  圖2.(a)橫截面掃描開爾文探針顯微鏡表征反式結構有機太陽能電池能級排佈表示圖;(b)通過反卷積算法還原器件真實的電勢分佈。

  

 

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