来源:学院新闻
责任编辑:陈涛


光电工程学院研究团队

在新型太阳能电池研发上取得重要进展

 

太阳光照在半导体p-n结上,形成空穴-电子对,在p-n结内建电场的作用下,光生空穴流向p区,光生电子流向n区,接通电路后就产生电流,这便是光电效应太阳能电池的工作原理。近年来,太阳能电池产业得到快速发展,在不远的将来有望占据能源消费的重要席位,替代部分常规能源,成为世界能源供应的主体。然而,基于硅的半导体工艺和技术日趋极限,新型光电功能材料的研发和应用将是一个突破口。因此,当前我们面临着千载难逢的机遇,就是在新型光电材料的研发上掌握核心技术。

CH3NH3PbX3 (X = IClBr)为代表的有机无机杂化钙钛矿材料,由于较高的载流子迁移率、直接能隙、低廉成本等优点而备受关注。但是其致命弱点是稳定性差,这也极大地限制了电池的寿命。为了增强其稳定性,科学家们尝试了各种各样的方法,但效果并不理想。如何提高钙钛矿材料的稳定性并获得较高的光电转换效率成为国内外的科学家迫切需要解决的科学难题。

最近,重庆大学光电工程学院、光电技术及系统教育部重点实验室周苗教授、臧志刚教授的研究团队在Journal of Materials Chemistry A(影响因子8.867)上发表了一篇高稳定、高效率的新型钙钛矿太阳能电池研究工作(2017DOI: 10.1039/C7TA00203C)。该工作将CdSe量子点掺入到有机材料PCBM中,并将其作为电子传输层,制备了基于ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbI3-xClx/ETL/Rhodamine101/LiF/Ag 多层结构的太阳能电池(图一)。团队从材料制备、表征、器件制备与测试以及大规模的理论计算等多个方面深入地研究了材料的物理性质和器件的性能。理论上,系统地研究了CdSe量子点与CH3NH3PbX3钙钛矿异质结的微观几何和电子结构,尤其是界面性质,包括几何结构、稳定性、电荷转移、能态密度等。实验上,探讨了通过改变不同CdSe量子点量来研究太阳能电池的转换效率,以获得较高的光电转换效率。另外,该工作还通过亲水性实验测试了CdSe/CH3NH3PbI3-xClx的接触角,发现通过CdSe量子点的旋涂,能改善钙钛矿太阳能电池的稳定性。理论上通过对CdSe钙钛矿异质结物理性能的探索,对未来进一步提升太阳能电池的稳定性和工作效率具有重要的指导意义。

光电工程学院硕士生曾晓凤、博士生周廷伟为该工作的共同第一作者。工作得到国家自然科学基金、千人计划、中央高校基本科研业务费及重庆大学百人计划基金的支持。

           

图一 新型钙钛矿电池的微观结构及性能

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