劉忠范

北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京 100871

(a) CsPbBr3無機(jī)鈣鈦礦和以PBDB-T:ITIC，PBDB-T-SF:IT-4F或者PTB7-Th:PC71BM為活性層的有機(jī)太陽電池的外量子效率圖；(b) CsPbBr3/PBDB-T-SF:IT-4F四電極疊層太陽電池J–V曲線圖，插圖為半透明CsPbBr3鈣鈦礦太陽電池透視圖；(c)無機(jī)鈣鈦礦/有機(jī)四電極疊層太陽電池示意圖；(d)無機(jī)鈣鈦礦/有機(jī)四電極疊層太陽電池在紫外光照射下的電池效率隨時(shí)間的變化圖

近些年，有機(jī)太陽電池得到快速發(fā)展，但是在商業(yè)化進(jìn)程中仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。其中，電池穩(wěn)定性問題(包括紫外光、水分、氧氣等外界因素的影響)一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。雖然良好的電池封裝技術(shù)可以有效阻止水和氧氣對(duì)有機(jī)太陽電池穩(wěn)定性的影響，然而，如何防止紫外光對(duì)有機(jī)共軛分子結(jié)構(gòu)和光伏器件穩(wěn)定性的影響仍是一大難題。盡管紫外光過濾薄膜可以有效過濾紫外光，但同時(shí)也會(huì)過濾部分可見光，造成太陽電池性能的下降。

最近蘇州大學(xué)李永舫研究團(tuán)隊(duì)的李耀文副教授等人采用無機(jī)鈣鈦礦/有機(jī)疊層太陽電池的策略，為提高電池的紫外光穩(wěn)定性和電池效率提供了一種新思路，相關(guān)研究成果發(fā)表在近期的Advanced Materials上1。他們通過真空蒸鍍的方法獲得了寬帶隙、低缺陷態(tài)的 CsPbBr3無機(jī)鈣鈦礦薄膜，基于此薄膜制備的平面型鈣鈦礦太陽電池可以充分利用紫外光(圖a)，獲得了1.44 V的超高開路電壓以及7.78%的光電轉(zhuǎn)換效率，并表現(xiàn)出了優(yōu)異的紫外光穩(wěn)定性(紫外光照射120 h后性能無衰減)。以CsPbBr3薄膜為活性層制備的半透明鈣鈦礦太陽電池(圖b)幾乎可以完全過濾太陽光中的紫外光，并且在可見光區(qū)域(長于 530 nm)的平均透過率高達(dá) 60%。他們以該半透明鈣鈦礦太陽電池為頂電池、以有機(jī)太陽電池為底電池制備了四電極疊層太陽電池(圖c)，這種器件不僅可以有效吸收和利用紫外光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，而且還避免了紫外光對(duì)底部有機(jī)太陽電池的輻射，獲得了符合工業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的高紫外光穩(wěn)定的疊層太陽電池(圖d)。同時(shí)這種疊層太陽電池的最高光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了14.03% (圖b)，是無機(jī)鈣鈦礦/有機(jī)疊層太陽電池的最高效率。

該研究成果不僅解決了有機(jī)太陽電池所面臨的紫外光不穩(wěn)定的瓶頸性問題，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換效率的提升，對(duì)于有機(jī)太陽電池的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。