有机金属化物矿太阳能电池材料合理化:超快的充电生成,高和微秒长的平衡流动性,以及缓慢的重组

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 太阳能光伏发电是如何实现的
• 固态物理 固态物理

背景情况:

• 有机金属化物矿太阳能电池表现出高功率转换效率,高达15%.
• 控制这种性能的基本光物理性质尚未完全理解.
• CH3NH3PbI3是这些高效率太阳能电池中的关键材料.

研究的目的:

• 研究CH3NH3PbI3矿中电荷载体生成和重组的时间尺度.
• 为了确定CH3NH3PbI3矿材料的电荷传输特性.
• 阐明光物理机制限制或增强矿太阳能电池的性能.

主要方法:

• 光发光光谱学 光发光光谱学
• 短暂的吸收光谱学 短暂的吸收光谱学
• 时间分辨率的特拉赫兹和微波导电性测量.

主要成果:

• 电子孔对在光激发时瞬间产生,并在2皮秒内解离.
• CH3NH3PbI3具有高度移动的电荷,具有平衡的电子和孔移动 (25 cm(2) V(-1) s(-1)) 持续到微秒时间尺度.
• 将电子注入TiO2是高效的 (<1 ps),但由于TiO2的电子流动性较低,导致不平衡的传输,因此受到限制.
• 在CH3NH3PbI3中移动电荷衰变很慢,延长到几十微秒.

结论:

• CH3NH3PbI3具有显著的内在特性,既可以作为吸光层,又可以作为电荷传输层.
• 在CH3NH3PbI3中移动电荷的缓慢衰变有助于其高性能.
• 在相邻的金属氧化物层中增强电子流动性可以进一步提高矿太阳能电池的效率.