发布时间 : 星期日 文章译文 CH3NH3PbI3TiO2 Heterojunction Solar Cells更新完毕开始阅读b2f0a278c77da26925c5b0fa
介观CH3NH3PbI3/TiO2异质结太阳能电池
摘要：
我们首次报告，在一个通孔导体的介观 甲基氨碘化铅（ CH3NH3PbI3 ）/TiO2钙钛矿异质结太阳能电池中，通过从CH3NH3I和PbI2的 γ-环丁内酯上的400nm厚的溶液中沉积的钙钛矿纳米颗粒的制备二氧化钛膜（锐钛型）纳米片曝光（ 001 ）面。CH3NH3PbI3顶部上蒸发的金膜作为向前连接处。重要的是，CH3NH3PbI3纳米粒子在这同时扮演着捕获器和连接孔的作用，呈现多余的附加孔作为运输物质的实用。简单的介观CH3NH3PbI3/TiO2异质结太阳能电池呈现出很惊人的光伏性能，短路感光电流JSC = 16.1 mA/cm2时，开路光电压的Voc = 0.631 V，填充因子FF = 0.57 ，对应于标准调幅（AM）为1.5的四氟乙烯太阳能灯在光强为1000 W/M2时的光电转换效率为5.5 ％。在100W/m2的低光强下，测定的四氯乙烯得转化率为7.3％。这种简单的解决过程，为介观异质结太阳能电池的合成提供了可能性，同时，做成了成本低、效率高的太阳能电池。
由于其有较大的光截面，纳米颜料在太阳光转化系统中作为光的捕获器。提别是量子点（油溶性量子点QDs）有可调的带隙而受到了很多的关注。已经有多种分析方法将量子点整合到太阳能电池上，包括聚合物的量子点混合太阳能电池，肖特基势垒量子点太阳能电池，敏化的二氧化钛（TiO2 ）量子点太阳能电池，还有 混合型双层膜量子点太阳能电池。
最近的一些调查研究都集中在 被耗尽的 异质结器件上，采用介观宽带 隙 半导体氧化物，例如TiO2或者ZnO作为量子点和透明氧化物电流收集器之间的薄膜隔离层。观察到这些简单的结构的合并效率是5%~6%。 同时，串联量子点太阳能电池也被证明了有相同的结构。具有多重同类的激发子的聚乙醇(MEG)也证明了在这种简单的量子点是基于太阳能电池结构的。 虽然这种异质结量子点太阳能电池表现出很有前景的光
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伏性能，但他们仍然面临着稳定性低、开路电压低、快速载流子复合等问题，这些问题都影响则会异质结量子点达到更高的转化效率。
有机卤化铅钙钛矿的 直接能带宽、吸收系数大和载流子迁移速率高，使其作为光收集器用在介观异质结太阳能电池上效果很可观。它们的电子特性可以允许订制，依据所采用的有机成分的结构来控制该无机片之间的距离和电子耦合可以来形成涂成状的材料。 在干燥的空气中，层状的钙钛矿具有很高的稳定性。
这些钙钛矿纳米染料通过旋转或者沉积涂层等简单的方法很容易准备。从碘化铅和甲基铵碘化物的溶液中得到钙钛矿沉淀物，在介观TiO2基底的表面上形成有孔的CH3NH3PbI3晶体。金属阳离子与卤素阴离子之间的离子键和共价相互作用产生无机八面体，而阳离子烷基铵端部提供电荷平衡的结构。以前的报告中所使用CH3NH3PbI3纳米晶体在光电化学电池与液态电解质之间做增敏剂。然而，这些系统的性能由于钙钛矿的溶解而快速下降。使用固态有机空穴半导体代替电解液使得这个问题得到缓解。最近，碘化锡基钙钛矿CsSnI3已经被用作通孔半导体和N719一起作为增敏剂用在固态燃料敏化太阳电池上，并且达到了8.5%的(四氟乙烯)电源转化效率。
我们在这里提出这样的报告，CH3NH3PbI3/ TiO2 异质结钙钛矿太阳能电池使用了锐钛矿型占八面体的（001）晶面作为电子的收集器。 利用钙钛矿在同一时间作为收集器和空穴导体，使用多余的一个额外P 型材料用作运输正电荷的载体。这个简单的介观异质结太阳能电池取得了显著的光伏性能，具有的短路光电流Jsc 为16.1mA/cm2,填充因子（FF）为 0.57，开路电路电压Voc为 0.631V，对应于聚四氟烯在太阳强度低于为 1 时的5.5%。 这是关于成功使用CH3NH3PbI3异质结太阳能电池同时作为吸收器和空穴传输材料的第一份报告。
在介孔TiO2薄膜上由40%的 CH3NH3I和碘化铅的γ-丁内酯前体溶液进行CH3NH3PbI3的沉积和合成。在室温下进行干燥，涂在TiO2薄片上的薄膜颜色变暗，通过XRD光谱可以确定CH3NH3PbI3在固体状态下的形成标志（见图2C）。
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（Ａ）设计的装置结构：
（Ｂ）CH3NH3PbI3/TiO2异质结太阳能电池的能及示意图。
图1给出了该装置框架的一个系统能级图。CH3NH3PbI3的导带和价带 使得电子注入TiO2和输送到空穴并连接到金黄色的背面上。 该装置的底部部分是一个电子收集器，它由一个100纳米厚的空穴阻挡紧压在导电玻璃FTO前接触片上的TiO2沉积物组成的。接着是厚约500纳米的二氧化钛纳米片的沉积层。 这些光由通过旋涂技术沉积到二氧化钛上的CH3NH3PbI3纳米颗粒吸收。 金黄色的连接层在CH3NH3PbI3薄膜的顶部上被蒸发了。。
图2D示出了在180℃下合成的二氧化钛纳米片的典型X射线衍射图案 。所有被检测到的衍射峰为TiO2（JCPDS 21-1272号）的锐钛矿相，这表明所得到的产物是纯的
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锐钛矿型TiO2。 图2A，B分别表示出了在高分辨率的扫描电镜（HR-SEM）下的TiO2薄膜太阳能电池的横截面图像。
在图2A中紧密的TiO 2上面的层对比变化，表示CH3NH3PbI3纳米晶体已经渗透到锐钛矿型纳米片内的孔隙中。 图2C显示了CH3NH3PbI3在TiO2和载玻片上的XRD图谱。 在TiO2上的CH3NH3PbI3峰和在显微镜载片上的CH3NH3PbI3峰紧密的相匹配。
图２：
（Ａ）图显示了CH3NH3PbI3/TiO2异质结太阳能电池在高分辨率扫描电子显微镜（HRSEM）下的横截面图象。暗区可以看作是渗透到介孔TiO 2膜里的CH3NH3PbI3。（Ｂ） 高分辨率扫描电子显微镜 HR-SEM下的二氧化钛纳米片膜的横截面。 （Ｃ）沉积在二氧化钛纳米片上的 CH3NH3PbI3的X射线衍射图案。 （Ｄ） TiO2纳米片的XRD图谱。
图3A显示光强为1时太阳光照到介观CH3NH3PbI3/TiO2异质结光伏电池上的J-V特性。在标准报告条件下：
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