钙钛矿太阳能电池材料的力电光多场耦合效应及其对光伏转换性能的影响

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• 论文作者：赵晋津 ; 贾春媚 ; 孔国丽 ; 赵星宇 ; 刘正浩 ; 刘金喜 ; 李江宇
• 年：2017
• 作者机构：石家庄铁道大学;中国科学院深圳先进技术研究院;
• 论文关键词：铁电 ; 离子运动 ; 力电光耦合 ; 钙钛矿太阳电池 ; 原子力显微镜
• 会议召开时间：2017-05-27
• 会议录名称：第四届新型太阳能电池学术研讨会论文集
• 英文会议录名称：Abstract Book of the 4th Conference on New Generation Solar Cells
• 语种：中文
• 分类号：TM914.4
• 学会代码：ZKYQ
• 会议名称：第四届新型太阳能电池学术研讨会
• 会议地点：中国北京
• 主办单位：中国可再生能源学会光化学专业委员会
• 学会名称：中国科学院物理研究所清洁能源实验室
• 页数：1
• 文件大小：776k
• 原文格式：D
• 会议级别：全国

摘要

随着人类经济社会的发展,能源与环境问题日益突出,发展清洁、高效和低成本的可再生能源成为全球科技领域面临的一个重大命题。太阳能取之不尽用之不竭,其有效利用对于优化能源结构、减少环境污染、延缓全球变暖等具有重要意义。基于有机金属卤化物的钙钛矿太阳能电池自2009年出现以来,在短短8年时间内,转换效率从3.8%快速提升至20%以上,其提升速度前所未有,远远超过其他类型的太阳能电池~([1,2])。钙钛矿有机金属卤化物材料CH_3NH_3PbX_3具有与BaTiO_3相同的晶体结构,其中CH_3NH_3~+为有机阳离子,X~-为Cl~-,B~r-,I~-等卤素离子。Pb~(2+)与X~-形成正八面体对称结构PbX_6,而CH_3NH_3~+则分布在八面体组成的中心,进而形成三维的周期性结构。~([3])其能隙约为1.5eV,激子结合能较低,微米级厚的薄膜可充分吸收800 nm以下的太阳光,因而具有优异的光伏性能,又因其原料丰富、价格低廉、可溶液加工、可较低温制备,使有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池迅速成为下一代光伏技术中最具潜力的技术分支。然而,金属有机卤化物因其钙钛矿结构与多场耦合性能,也遇到了其他类型太阳能电池材料未曾遇到的一些问题:钙钛矿太阳能电池在光辐照下激发载流子,与有机金属卤化物的铁电畴和畴界、自发极化与翻转以及离子运动和电化学应变产生强烈的相互作用,进而改变其光电转换与输运性质,影响材料的结构与器件的性能。本文发展了一种原位跨尺度多场耦合原子力显微表征方法,深入揭示钙钛矿有机金属卤化物材料的力电光多场耦合效应,阐明铁电极化、压电效应和离子运动对材料光伏转换的影响,为进一步提升钙钛矿太阳能电池光电转换效率提供指引。

引文

[1]A.Kojima,K.Teshima,Y.Shirai,et al.,J.Am.Chem.Soc.2009,131,6050.
    [2]D.Bi,W.Tress,M.I.Dar,et al.,Science Advances 2016,2,e1501170.
    [3]J.-P.Correa-Baena,A.Abate,M.Saliba,et al.,Energy&Environmental Science.