【引言】
有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池因其高的香港光電轉換效率及簡單廉價的制備工藝，在光伏領域掀起了新的城市研究熱潮。經過近十年的大學大學研究發展，單結（single-junction）鈣鈦礦太陽能電池的暨南最高光電轉換效率已經躍升至最新認證的25.2%，與商業化的鈣鈦晶硅太陽能電池相當。然而單結鈣鈦礦太陽能電池的香港進一步發展受到了Shockley-Queisser（S-Q）極限效率的限制。疊層太陽能電池是城市由多個子太陽能電池連接起來的一種電池結構，通過利用各子電池吸收帶隙的大學大學差異實現更為有效的光子吸收，進而體現了突破單結太陽能電池的暨南S-Q極限效率的巨大潛力。近幾年來，鈣鈦基于有機-無機雜化鈣鈦礦電池的香港多結太陽能電池，如雙結鈣鈦礦、城市鈣鈦礦-硅、大學大學鈣鈦礦-銅銦鎵硒疊層電池等已被廣泛研究。暨南與此同時，鈣鈦鈣鈦礦-有機光伏疊層太陽能電池因其相似的制備工藝和器件結構，且兩者正交的溶劑體系可以有效避免后續的溶劑侵蝕，也逐漸吸引了研究者的關注。
【成果簡介】
近日，香港城市大學朱宗龍教授、暨南大學王子龍博士（共同通訊作者）等人采用寬帶隙鈣鈦礦 Cs0.1(FA0.6MA0.4)0.9Pb(I0.6Br0.4)3（1.74 eV）和窄帶隙有機材料PBDB-T:SN6IC-4F（1.30 eV）分別作為疊層太陽能電池的頂部和底部子電池的活性層，并旋涂PMABr鈍化鈣鈦礦層。基于鈍化后的鈣鈦礦-有機疊層器件光電轉換效率高達15.13%，開路電壓為1.85 V；柔性疊層太陽能電池效率最高為13.61%，開路電壓為1.80 V。此外，作者也搭建了基于剛性和柔性鈣鈦礦-有機疊層太陽能電池的光伏驅動水分解系統，光氫轉換效率（STH）分別可達12.30%和11.21%，體現了疊層太陽能電池所獲得的高開路電壓的潛在應用價值。相關成果以題為“Hybrid Perovskite-Organic Flexible Tandem Solar Cell Enabling Highly Efficient Electrocatalysis Overall Water Splitting”發表在Adv. Energy Mater.上。
【圖文導讀】
圖一 寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的制備與表征
(a) PMABr鈍化的寬帶隙Cs0.1(FA0.6MA0.4)0.9Pb(I0.6Br0.4)3鈣鈦礦太陽能電池的結構示意圖；
(b-c) 鈍化前后鈣鈦礦薄膜表面SEM；
(d) 鈍化前后鈣鈦礦薄膜的紫外-可見吸收光譜；
(e-f) 鈍化前后鈣鈦礦薄膜的PL和TRPL光譜。
圖二 寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的性能測試
(a) 寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的能級示意圖；
(b) 鈍化前后鈣鈦礦電池的最佳J-V性能曲線；
(c) 鈍化前后鈣鈦礦電池的EQE光譜；
(d) 鈣鈦礦電池的穩態光電流輸出曲線；
(e) 鈍化前后鈣鈦礦電池開路電壓統計分布圖；
(f) 器件開路電壓隨光強變化圖。
圖三 疊層太陽能電池性能測試
(a) 鈣鈦礦-有機疊層太陽能電池的能級示意圖；
(b) 寬帶隙鈣鈦礦頂部電池、窄帶隙有機底部電池和疊層電池的J-V性能曲線；
(c) 疊層太陽能電池的EQE光譜；
(d) 疊層太陽能電池的穩態光電流輸出曲線。
圖四 疊層太陽能電池驅動水分解
(a) NiFe/碳納米管析氧催化的J-V曲線；
(b) 商用20% Pt/C析氫催化的J-V曲線；
(c) 疊層太陽能電池和用于雙電極水分解體系下NiFe LDH電極的J-V曲線；
(d) 水分解器件的電流密度隨時間變化曲線。
圖五 柔性疊層太陽能電池性能測試
(a) 柔性疊層太陽能電池和用于雙電極水分解體系下NiFe LDH電極的J-V曲線；
(c) 柔性疊層太陽能電池的EQE光譜。
【小結】
研究人員使用PMABr鈍化寬帶隙鈣鈦礦薄膜，制備獲得的鈣鈦礦電池開路電壓高達1.22 V，基于鈍化后的鈣鈦礦-有機疊層剛性和柔性器件光電轉換效率分別高達15.13%和13.61%。進一步地，作者將剛性和柔性疊層太陽能電池應用到太陽能制氫系統中，獲得的光氫轉換效率分別為12.30%和11.21%。該研究為疊層太陽能電池驅動的水分解應用提供了新的策略，也證明了鈣鈦礦-有機結構在柔性疊層太陽能電池上的獨特優勢。
文獻鏈接：Hybrid Perovskite‐Organic Flexible Tandem Solar Cell Enabling Highly Efficient Electrocatalysis Overall Water Splitting（Adv. Energy Mater. 2020, DOI: 10.1002/aenm.202000361）
本文由嚕嚕編譯。
