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廈門稀土材料研究所發表鈣鈦礦太陽能電池中的空穴傳輸材料的研究綜述

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時間:2018-01-08   來源:高鵬課題組  文本大小:【 |  | 】  【打印

    幾十年前,在氣候變化對話開始之前,圣雄甘地表示“我們應當作為受托人并明智地使用自然資源,因為我們的道德責任是確保我們將后代遺贈給一個健康的星球”。隨著我國人口的不斷增長和社會經濟發展的迅速,世界能源消耗的不斷增長和全球變暖,用清潔的可再生能源代替傳統能源迫在眉睫。太陽能是一種取之不盡,而太陽能用的最多的就是太陽能電池。太陽能電池分為很多類型,其中鈣鈦礦太陽能電池在過去幾年中經歷了跨越式發展,其PCE已經超越非晶硅,幾乎等于多晶硅太陽能電池的水平。鈣鈦礦太陽能電池在不到十年的時間內已經提供了超過23%的功率轉換效率,這意味著低成本光伏發電具有高效率和低嵌入能量的潛力。為了鋪設實用的鈣鈦礦太陽能電池板,應重新評估和優化設備的所有組件。在這方面,我們專注于PSC中使用的HTM,并嘗試闡明其發展方向,除了“鈣鈦礦熱”之外,新型空穴傳輸材料(HTM),特別是無摻雜劑HTMs(DT-HTM)的開發是另一個研究熱點。這是因為目前使用的HTM需要額外的化學摻雜工藝以確保有效的空穴傳輸和收集足夠的導電性以及合適的離子電位水平。然而,常用的摻雜劑是揮發性和吸濕性的,不僅增加了器件制造的復雜性和成本,而且還降低了器件的穩定性。


    該綜述全面總結了最近報道的DF-HTM,包括無機/有機p型半導體,金屬有機配合物和復合材料。在每個類別中,HTM根據分子量或幾何形狀進一步分為子類別。其中有機小分子占據了絕大部分如圖1。無機p型半導體具有良好的化學穩定性,合適的價帶能級和可見區域的高透明性。盡管在沉積步驟中需要更多的努力,但它們可以在沒有任何添加劑的情況下提供強大的器件架構,可以合成具有高遷移率,導電性和熱穩定性的多種化學結構。在有機DF-HTM的背景下,可以合成具有高遷移率,導電性和熱穩定性的多種化學結構。最初,因三苯胺對HTM是有害的。因此,大多數新HTM是通過擴展三苯胺的共軛體系來制備的形成一維線性,二維磁盤和三維立方體幾何。然而,在DF-HTM的開發過程中,發現具有苯并二噻吩作為結構單元和星形或盤狀分子結構的有機DF-HTM通常可在基板表面上提供面對面堆疊幾何形狀,從而具有優異的垂直電荷載流子遷移率。 促進優質PCE優于其他類型的DF-HTM。為了闡明DF-HTM的未來發展方向,基于DF-HTM的特性與所得PV器件的參數之間的潛在關系。該綜述總結了四個經驗規則來設計理想的DF-HTM(圖二),首先,它應該具有適當的能量水平以匹配相應的鈣鈦礦吸收劑;其次,在運行條件下應該穩定和健全;最后,沉積后應提供高導電性和流動性。而且,HTM和鈣鈦礦之間的界面應該進行合理的調整,以提高器件的整體穩定性。(Adv. Energy Mater. 2018, 1702512)

 

圖1.不同材料類型的HTM所占比例

 

圖2.理想的DF-HTM必要條件

 

    文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201702512

 

 

 

 

 

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