极化铁电聚合物应用于高效钙钛矿太阳能电池

来源：X一MOL资讯

近年来，有机无机杂化金属卤化物钙钛矿由于其优异的光电特性备受关注。但是，对于一个光伏器件来说，由光传输层内部和传输层界面的非辐射复合引起的能量损耗（Eloss）是不可避免的。尽可能的减少Eloss成为一个调控太阳能电池的性能有效的方法。通常，载流子的分离和运输效率主要受器件内部的内建电场（BIF）影响，它是引导载流子向两电极漂移的主要驱动力。如果BIF不够大，载流子不容易分离，再次，即使被分离也容易被陷阱态捕获，进而引起较大的Eloss。

近日，苏州大学廖良生教授、王照奎教授以及美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）杨阳教授运用含F的极化铁电聚合物（PFE）通过同时掺杂和界面偶极的作用有效地提高了钙钛矿太阳能电池的光伏性能。研究人员发现把PFE掺杂到MAPbI3光传输层薄膜中，它不仅可以以氢键的方式与MAPbI3晶体发生相互作用，还能利用自身的强极化特性引导钙钛矿晶体更有序生长，同时，这种极化还能提供额外电势用来增强BIF调节耗尽区，从而提高载流子的分离效率。在此基础上，再在光吸收层和传输层中间夹一层薄的界面偶极PFE薄膜，可以有效地减少由于界面晶格不匹配和表面缺陷引起的界面势垒，同时这种界面偶极可以更有效地为器件的BIF提供额外电势，使界面能级更加匹配。结合两种优化工艺，器件的BIF可以被显著的提高，有效的减少了Eloss，将器件的开路电压（Voc）提高到1.14 V。同时对不同铁电聚合物的应用进行了性能对比，最终铁电聚合物P(VDF-TrFE) 应用的器件效率高达21.38%。这项工作为制备低能量损耗的高效太阳能电池提供了一种新思路。

图1. 极化的铁电聚合物的掺杂到光吸收层中的各项性能。

图2. 极化的铁电聚合物夹层对器件光电性能的影响

相关论文发表于Advanced Materials，文章的第一作者是博士生张丛丛，共同通讯作者为苏州大学的廖良生教授、王照奎教授和美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）杨阳教授。