高进伟教授课题组在钙钛矿太阳能电池研究中取得重要进展

2019-05-27 10:36:15   来源:    点击:

    近日,我校华南先进光电子研究院先进材料研究所高进伟教授课题组在钙钛矿太阳能电池方面取得重要研究进展,其研究成果分别在材料领域重要期刊《Advanced Functional Materials》(IF=13.3)和《Journal of Materials Chemistry A》(IF=9.9)刊出。硕士研究生陈聪、麦润昇和吴夏艳(并列一作)分别为论文的第一作者。高进伟教授姜月副研究员为通讯作者,刘俊明教授、Krzysztof Jan Kempa教授(我校特聘教授)、周国富教授为合作作者华南师范大学均为第一单位(如图1和图2

近年来,有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池取得了突飞猛进的发展,光电转换效率由最初的3.8%增长至24.0%,是新一代光伏材料的重要竞争者。在电池器件中,除了钙钛矿材料,电子和空穴输运层对电池的效率也至关重要。低成本制备高性能(低温、高输运、柔性)电子和空穴输运层对提高电池效率,发展柔性卷对卷器件都具有重要的意义。高进伟教授课题组针对以上问题,分别在钙钛矿电子输运层和空穴输运层开展了创新性研究取得了重要进展

    1溶剂辅助低温合成氧化锡电子传输层用于高效平面太阳能电池电子传输层对高效率的太阳能电池器件来说必不可少,其中使用最广泛的电子传输层为TiO2 SnO2。而TiO2电子传输层制备工艺通常大于450℃SnO2的制备工艺通常大于150℃,该高温条件限制了塑料柔性基底(通常耐温<130℃)的钙钛矿太阳能电池的发展。课题组创造性以丁醇与水混合溶剂作为反应物,通过控制氯化锡水解过程,低温合成SnO2纳米晶,首次将溶液加工SnO2电子传输层的制备温度降低至130℃,乃至120℃,这使得SnO2能够顺利的应用在柔性塑料钙钛矿器件上。该低温制备的氧化锡应用于钙钛矿太阳能器件中,最高效率高达20.52%,柔性衬底效率高达18%(图3)。(Advanced Functional Material, 2019adfm.201900557

    2双功能新型吲哚并卡唑衍分子助力高效太阳能电池和非掺杂OLED钙钛矿太阳能电池作为新型的薄膜型电池,不可避免的存在界接触问题。Sprio-OMeTAD的强结晶使得问题严重抑制了器件效率。为解决这一问题,课题组设计了一种新型的、可溶液加工的吲哚并咔唑衍生物—BEDCE。该小分子具有优异的的空穴迁移率(4.35×10-4 cm2·V1·s1,优于Sprio-OMeTAD)、合适的能级结构和优异的荧光量子产率(88.1%),可同时作为钙钛矿太阳能电池中的界面层和有机发光二极管(OLED)中的黄绿色发光活性材料。具有高溶解性和两亲性质的BEDCE能与后旋涂的Spiro-OMeTAD形成复合空穴传输层,改善了Spiro-OMeTAD的成膜性和Perovskite / Spiro-OMeTAD的接触界面,使得钙钛矿太阳能电池效率从17.20%提高到19.02%。此外,基于弹性体BEDCE的非掺杂绿黄色OLED分别显示出效率为4.56 cd·A-1和亮度为10320 cd·m-2的优异性能(图4)。J. Mater. Chem. A, 2019,7, 1539-1547Hot Paper

高进伟课题组长期围绕柔性光电材料与器件开展研究,主要包括柔性透明导电材料、钙钛矿太阳能电池、以及其他柔性储能材料和器件。近年来在Nature Communications》、《Advanced Materials》、《Advanced Functional Materials》、《Advance in Physics等材料、物理期刊公开发表论文60多篇,他引次数3000多次。项研究得到国家自然科学基金委员会(NSFC广东省人民政府联合基金重点项目支持。

 

拟稿:陈聪麦润昇、高进伟           审核人:陈必华书记

 

 

 

 

 

 

 

 

 图1 Advanced Functional Materials 刊出页.png

 


1 Advanced Functional Materials 刊出页

 

图2 Journal of Materials Chemistry A刊出页.png

 

2 Journal of Materials Chemistry A刊出页

 

图3 低温氧化锡电子输运层提示钙钛矿电池性能.png


3 低温氧化锡电子输运层提示钙钛矿电池性能

 

图4 新型空穴界面层提升钙钛矿电池性能.png

4 新型空穴界面层提升钙钛矿电池性能