基于钙钛矿太阳能电池CuInS₂量子点空穴传输材料的性能研究

【作者】 彭卓寅； 陈建林； 陈荐；

【机构】 长沙理工大学；

【摘要】 钙钛矿太阳能电池具有工艺技术简单、转换效率高等优点,已成为最具产业化潜力的新型电池[1,2]。然而,在钙钛矿太阳能电池的结构中,spiro-OMeTAD空穴传输材料存在高制备成本及低空穴迁移率等问题[3],无机空穴传输层成为近年来钙钛矿太阳能电池的研究重点。CuInS₂量子点是一类高稳定、合成工艺简单、环境友好的p型半导体材料,空穴迁移率高,具有更优良的空穴传输特性,并且独特的量子尺寸效应可以调节能级结构,能够作为钙钛矿太阳能电池理想的空穴传输材料[4,5]。本研究工作通过热注入法制备不同尺寸的CuInS₂量子点,以TiO2为电子传输层、CH₃NH₃PbI₃为光吸收层、CuInS₂量子点为空穴传输层,采用目前较为成熟的旋涂法制备钙钛矿太阳能电池。研究表明,量子点的尺寸降低,空穴传输层与光吸收层之间的能级差增大,电池的开路电压增加;但量子点的尺寸过小,短路电流密度降低,可能是空穴传输层LUMO能级过低造成。因此,以3.6±0.2 nm的CuInS₂量子点作为空穴传输层能够获得最佳的光电性能。在前期研究中发现ZnSe钝化层与CuInS₂具有更小的晶格失配,本工作以ZnSe代替ZnS对CuInS₂量子点空穴传输材料进行钝化,研究表明电池的光电转换效率进一步提升,短路电流密度超过了spiro-OMeTAD空穴传输材料。通过对CuInS₂量子点空穴传输材料的尺寸及钝化层的研究,为适用于钙钛矿太阳能电池的无机半导体量子点空穴传输材料的开发及优化提供了新方向。更多还原