编译内容

近年来，有机无机杂化钙钛矿太阳电池快速发展，转换效率已经突破22%，被认为是最有希望替代晶硅电池的新一代薄膜太阳电池技术。然而，稳定性差（如水、紫外光诱发的钙钛矿材料降解）问题成为了该电池技术走向商业化应用的一大障碍。由华盛顿大学Alex K-Y Jen课题组牵头的联合研究团队制备了新型的铜铬氧化物（CuCrO2）纳米晶薄膜，替代常规的氧化镍（NiOX）薄膜作为空穴传输层，应用于倒置结构的钙钛矿太阳电池，有效吸收了紫外可见光，避免了钙钛矿的光降解，从而显著改善了电池光稳定性。研究人员采用水热法制备了CuCrO2纳米晶，透射电子显微镜表征显示，CuCrO2纳米晶呈现片状形貌，平均尺寸在10 nm左右。X射线衍射测试结果表明，CuCrO2纳米片为纯六方相结构，即结晶度高有助于空穴传输。随后在室温下（25℃，远低于传统的TiO2基钙钛矿电池500℃左右的制备温度）通过旋涂法在ITO衬底上制备了一层CuCrO2纳米片薄膜作为空穴传输层，透射率测试显示，当传输层的厚度不超过58 nm情况下，在400-800 nm的光谱区域，CuCrO2纳米片空穴传输层的透射率超过了70%，即具备了良好的透射率。最后研究人员制备了以CuCrO2纳米片为空穴的倒置结构钙钛矿电池，并测试了电池性能。结果显示，电池器件的效率与CuCrO2空穴层的厚度有关，当厚度从10 nm逐步增加到20 nm时，器件效率逐渐增加。结合扫描电镜测试发现，厚度在45 nm时器件性能达到最优，短路电流密度、开路电压、填充因子和转换效率依次为21.94 mA cm−2、1.07V、0.81和19%；而基于传统NiOx空穴的钙钛矿电池短路电流密度、开路电压、填充因子和转换效率依次为21.45 mA cm−2、1.05V、0.76和17.1%。研究人员进一步采用紫外光对电池进行辐照研究其光稳定性，发现以NiOx为空穴的电池器件的短路电流密度在照射300 h后发生大幅下降30%，从而导致器件效率也大幅衰减。而以CuCrO2为空穴的器件效率基本不发生变化，表明了CuCrO2能够有效地对紫外光进行阻挡，从而提高了器件的光稳定性。该项研究设计合成了全新的抗紫外光的无机空穴材料，在保障电池高效率的前提下，有效地阻挡了紫外光，大幅改善了钙钛矿电池器件的光能稳定性，为制备高效稳定的钙钛矿电池提供了新途径，为钙钛矿电池工业化应用起到积极推动作用。相关研究成果发表在《Advanced Energy Materials》 。