苏州大学在提高有机太阳能电池紫外稳定性方面取得重要研究进展

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近日，《先进材料》以“Semitransparent Inorganic Perovskite Film forOvercoming Ultraviolet Light Instability of Organic Solar Cell and Achieving14.03% Efficiency”为题，在线报道了苏州大学材料与化学化工学部李耀文副教授在提高有机太阳能电池紫外稳定性方面取得的重要研究进展。(Adv. Mater.,DOI: 10.1002/adma.201800855)

近年来，非富勒烯有机太阳能电池迅速发展，单节太阳能电池效率已经突破了14%。但是，对于如何提高有机太阳能电池稳定性的研究还较少。众所周知，有机太阳能电池的稳定性受到许多外界因素的影响，包括水、氧、紫外光等，通常采用封装技术抑制水和氧气对电池的破坏，紫外过滤膜保护电池免受紫外光的破坏。然而，例如紫外光过滤膜在过滤紫外光的同时也会吸收部分的可见光，从而导致电池效率的降低。基于此，苏州大学李永舫院士团队的李耀文副教授等人提供了一种新思路，在提高有机电池紫外稳定性的同时，也提高了电池整体的效率。他们以一种宽带隙的半透明无机钙钛矿太阳能电池为底电池，有机太阳能电池为顶电池构筑了无机钙钛矿/有机四端叠层电池(TSC)。其中，无机钙钛矿活性层是通过真空蒸镀的方式制备的，该电池对短波区拥有极高的吸收率，紫外光几乎能完全被过滤掉；另外，无机钙钛矿电池在长波区展现了很高的透过率，从而保证顶部有机太阳能电池对长波的有效利用，提高电池的整体效率。

图1. (a)无机钙钛矿电池的截面SEM图；(b)不透明的无机钙钛矿电池的电流-电压曲线以及效率分布图；(c)不透明无机钙钛矿电池的EQE图；(d)半透明无机钙钛矿电池的结构示意图以及整个半透明电池的透视图；(e)半透明无机钙钛矿电池的电流-电压曲线以及效率分布图；(f)半透明无机钙钛矿电池在紫外光照射下的效率变化图。

图2.(a)无机钙钛矿/有机四端叠层太阳能电池结构示意图；(b)CsPbBr3无机钙钛矿和以PBDB-T: ITIC，PBDB-T-SF: IT-4F，PTB7-Th: PC71BM为活性层的有机太阳能电池电池的外量子效率差值图；(c)CsPbBr3/ PBDB-T-SF: IT-4F 四端叠层太阳能电池的效率图；(d)CsPbBr3/ PBDB-T-SF: IT-4F 四端叠层太阳能电池的EQE图。

从结构示意图中能看出，无机钙钛矿电池能很好的吸收并将紫外光转化为光电流，并且大部分可见光能透过底电池并被有机太阳能电池吸收利用。通过外量子效率差值图分析表明，相比于有机太阳能电池，宽带隙的CsPbBr3无机钙钛矿电池能够更充分利用短波区的光并产生更高的电流，同时该电池也获得了较高的开路电压，从而有利于获得高效率的叠层太阳能电池。

在紫外光稳定性方面，真空蒸镀法较溶液法制备的CsPbBr3薄膜具有更低的缺陷态，从而实现了CsPbBr3无机钙钛矿电池对于紫外光具有良好过滤作用的同时，也保证了自身优异的耐紫外光性能，进而也促使了叠层电池中的有机太阳能电池紫外光稳定性得到了极大的提升。最终，无机钙钛矿/有机四端叠层电池在120小时的紫外光持续照射下，电池能保持原始效率的97%以上。值得一提的是，无机钙钛矿电池与有机太阳能电池各自充分吸收并利用了短波区与长波区的光，使得叠层电池的光电转换效率达到了14.03%，这也是无机钙钛矿/有机叠层电池的最高效率，为提高有机太阳能电池的紫外稳定性以及产业化提供了全新的思路。该工作第一作者为硕士生陈炜杰，通讯作者为李耀文副教授。该研究成果得到了国家自然科学基金、江苏省优秀青年基金的资助。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.201800855