钙钛矿太阳电池中的光浸泡现象研究

【作者】 杨兵初； 周聪华； 刘钢；

【机构】 中南大学物理与电子学院先进材料超微结构与超快过程研究所；

【摘要】 光浸泡现象是太阳电池中常见的问题,它体现在器件需经过一段时间光照才能到达饱和输出性能^[1,2]。目前,普遍认为光浸泡现象是可逆的,即在暗态环境放置一段时间后,电池性能会恢复到初始状态^[3]。我们在以TiO₂为电子传输层的介孔钙钛矿太阳电池中发现了不可逆的光浸泡现象。在光照一段时间后,电池的光电转换效率有很大的提高,并且这个光浸泡现象并不是可逆的,这是由于光照对TiO₂产生了不可逆的变化。为了理解其中机理,我们结合X射线光电子能谱（XPS）,时间分辨光致发光谱（PL）和电流-电压曲线,仔细研究了光和二氧化钛之间的相互作用。实验结果表明光照会导致TiO₂表面产生一定的氧空位,这些氧空位迅速地被"自由"电子占据,因此Ti⁴⁺转变成为Ti³⁺,这些"自由"电子在TiO₂的能带中形成一个供体能级,对TiO₂实现掺杂。光照掺杂行为不仅增加了二氧化钛膜的电导率,而且加速了钙钛矿薄膜和二氧化钛层之间的电荷提取。这两个优点最终有助于提高太阳能电池的短路电流密度,填充因子,开路电压以及光电能转换效率。基于上述观察,我们提出在器件制造之前,对TiO₂薄膜进行预照射会缩短光浸泡时间,并通过实验验证了这个方法的可行性。更多还原