自然子刊Photonics报导 — 钙钛矿-富勒烯衍生物(PCBM) 异质结太阳能电池最新研究成果!

来自台湾中央大学化学系吴春桂研究团队，使用低温两步溶液工艺法来倒装本体异质结钙钛矿-PCBM薄膜太阳能电池，使器件具有高填充因子0.82与16%光电转换效率。...



比起化石燃料、风能与核能发电，光伏发电成本较为昂贵许多，为大幅降低成本并持续提升光伏产业的发展潜能，在过去几十年间科学家不断寻找新材料与新技术。而有机钙钛矿 (如CH3NH3PbI3或CH3NH3PbI3)于2009年在科研界初步亮相时，其转换效率低于4%，如今，已可实现20%以上的转换效率。由于钙钛矿材料具备高转换效率、低成本、高吸收系数、优异的载流子传输、混合物和结构可调等优点，并可在室温下制成，已成为光伏产业的发展新星。此外，钙钛矿电池具有最小的双分子重组，其转换效率未来有望与硅基电池相匹敌。

来自台湾中央大学化学系吴春桂研究团队，在《自然光子学》(Nature Photonics) 杂志上发表一个崭新的工艺法，使用低温两步溶液工艺法来倒装本体异质结钙钛矿-PCBM薄膜太阳能电池，使器件具有0.82高填充因子与16%光电转换效率。

钙钛矿薄膜的制成通常透过一步、两步溶液法或共蒸发法。在使用碘化铅(PbI2)、MAI和PCBM这三个材料制成本体异质结薄膜所面临最大的挑战是，这三个材料无法溶于单一个溶剂以及共同蒸发。因此，该研究团队发展出两步旋涂工艺法，可在大气条件下低温合成高质量的钙钛矿薄膜。

根据两步旋涂工艺法，首先将碘化铅薄膜旋涂在PEDOT：PSS表面上，然后透过旋涂加入MAI/异丙醇(IPA)溶液以形成钙钛矿薄膜。从第一步骤，碘化铅-PCBM/二甲基甲酰胺(DMF)前体溶液制成碘化铅-PCBM混合薄膜，并可藉由加入MAI/IPA溶液形成体异质结CH3NH3PbI3-PCBM膜。

值得关注的是，钙钛矿的质量 (如缺陷、晶粒尺寸与膜的平坦度)是决定器件效率表现的主要因素。因此，有别于以往使用添加剂或进行后处理的方式，该研究团队使用PCBM受体分子来填充钙钛矿薄膜的空隙和晶界，这是由于PCBM在改善光吸收层的质量扮演极重要的角色。如此一来，可使器件的薄膜颗粒较大并拥有较小的晶界，进而实现高转换效率与高填充因子。



原文请参照：《自然·光子学》(Nature Photonics杂志 ”Bulk heterojunction perovskite–PCBM solar cells with high fill factor”

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