鈣鈦礦太陽能電池簡介

鈣鈦礦太陽能電池是一種新結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽能電池，其發(fā)展極為迅速，光電轉(zhuǎn)換效率在短短的10年間從3.8%到25%，更有各個領(lǐng)域的專家推出鈣鈦礦/硅基疊層太陽能電池，鈣鈦礦/銅基薄膜疊層電池以及全無機鈣鈦礦型太陽能電池等多元化的基于“鈣鈦礦”概念的太陽能電池，有望成為下一代太陽能電池的主力產(chǎn)品。

鈣鈦礦太陽能電池的PL及TRPL表征意義

1）對于半導(dǎo)體薄膜太陽能電池，熒光壽命的表征有助于研究載流子擴散長度/距離，而在鈣鈦礦型太陽能電池里，鈣鈦礦半導(dǎo)體層作為器件組成的重要“基石”，針對材料本身進(jìn)行TRPL甚至是顯微TRPL的表征，有利于評估其材料質(zhì)量及缺陷。

CH3NH3PbI3(Cl) 薄膜的熒光成像及取點PL&TRPL測量[1]

2）載流子重組過程，即自由電子-空穴發(fā)光是鈣鈦礦太陽能電池里常被研究的，也是直接關(guān)乎其性能的過程[2]。平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽電池除了鈣鈦礦層具有強大的光電性能，還需要電子傳輸層和空穴傳輸層為電子和空穴提供了獨立的輸運通道。組成的結(jié)構(gòu)又分為n-i-p型和p-i-n型兩種，其中鈣鈦礦層分別與電子傳輸層和空穴傳輸層形成兩個界面, 在這兩個界面上實現(xiàn)電子和空穴的快速分離。通過PL相對強度（或是量子產(chǎn)率）以及TRPL的衰減時間變化，可以佐證通過替換電子傳輸層、空穴傳輸層材料，電子空穴被快速抽取，IPCE得以改良的結(jié)果。

用PL和TRPL反饋CH3NH3PbI3與不同材料傳輸層的相互作用[3]

“量體裁衣”的PL&TRPL專用方案

鈣鈦礦型太陽能電池在藍(lán)綠光波段都有較好的吸收，材料帶隙主要集中在1.6eV附近，搭配藍(lán)光激光器作為PL激發(fā)源即可輕松實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)PL采集。

另外鈣鈦礦太陽能電池的熒光壽命衰減尺度主要覆蓋亞納秒到數(shù)微秒，以皮秒激光器作為激發(fā)源，結(jié)合TCSPC（時間相關(guān)單光子計數(shù)）的時域測量方法，可實現(xiàn)光譜范圍覆蓋470-870nm，時間尺度覆蓋100ps-10μs的TRPL測量。
 

方案特色

主機

鈣鈦礦電池專用PL&TRPL測試系統(tǒng)

使用卓立漢光設(shè)備測試的數(shù)據(jù)

CsPbBr3的變溫PL及變溫TRPL測量

V2O5 摻雜劑補充于空穴傳輸材料Spiro-Omitted，調(diào)節(jié)空穴傳輸層的能級并有效地提升空穴傳輸性能[4]

參考文獻(xiàn)

[1] Dane W , disquieted, Sarah M , et al. Solar cells. Impact of microstructure on local carrier lifetime in perovskite solar cells.[J]. Science (New York, N.Y.), 2015.

[2] 王福芝,譚占鰲,戴松元,李永舫.平面異質(zhì)結(jié)有機-無機雜化鈣鈦礦太陽電池研究進(jìn)展,物理學(xué)報,2015, (3).

[3] You, J., Meng, L., Song, TB. et al. Improved air stability of perovskite solar cells via solution-processed metal oxide transport layers. Nature Nanotech,2016.

[4] High performance and stable perovskite solar cells using vanadic oxide as a dopant for spiro-OMeTAD[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7(21):13256-13264.

[5] Xu Z , Wu J , Wu T , et al. Tuning the Fermi Level of TiO2 Electron Transport Layer through Europium Doping for Highly Efficient Perovskite Solar Cells[J]. Energy Technology, 2017.

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盡請期待下一版：鈣鈦礦太陽能電池的TRPL mapping專用測試方案。