Newport量子效率测试系统应用在钙钛矿太阳能电池研究

【概述】

自2009年Miyasaka团队发布第yi份混合钙钛矿太阳能电池(PSC)报告以来。采用低温溶液处理法制备的钙钛矿膜具有多晶性，其水分降解和光子有源相转移阻碍了光能转化效率和稳定性[1, 2]。实验发现，减少晶界缺陷如增大晶粒尺寸来减少晶界数的策略是有效的。此外，钙钛矿膜晶界和界面的缺陷钝化可以有效YZ与缺陷相关的电荷陷阱和复合，可提高其光伏性能。例如，二维钙钛矿从水分和YZ离子迁移、路易斯酸或碱功能化的半导体分子也可用于缺陷钝化，从而提高光能转化效率以及钙钛矿太阳能电池的稳定性。

寻求促进光活性层电荷快速分离、传输一直是研究钙钛矿太阳能电池研究的热点问题，对发展高性能太阳能光电器件具有非常重要的意义。Wang课题组研制出一种经修饰的WO3纳米晶引入到钙钛矿中可以促进光生载流子的传输。实验发现其光能转换效率从17.72%提高到19.29%。这主要是由于WO3在晶界处的使钙钛矿膜促进了相邻晶粒之间的电荷传输，这一点可看到薄膜的猝灭光致发光，缩短了载流子寿命，增加了载流子迁移率。这项研究提供了一种将普通金属氧化物嵌入钙钛矿膜的有效方法光电性能[3]。

【实验/设备条件】

本次实验主要用到Newport 量子效率测试系统和I-V测试站等设备。下表中字体加粗部分是用到的量子效率测试系统的主要参数:

产品特点：IQE 200B 使研究人员能够测量任何光伏器件的内部量子效率(IQE)和外部量子效率(EQE)，也称为入射光子到电荷载流子效率(IPCE)。IQE 200B 采用业界领xian、经久耐用的光学性能组件，在出厂时已进行预配置、组装和校准。该产品是一个统包解决方案，包括所有必要的组件与集成光源、单色仪、探测器、电子器件、软件甚至计算机。

Ø 完整的统包 PV 效率测量解决方案

Ø 坚固、紧凑的设计，可以限度减少实验室空间

Ø 可以同时进行 IQE、EQE 和光谱响应测量

Ø 将光束斩波器与虚拟数字锁相放大器集成在一起

Ø 消色差光学器件：保持整个光谱范围内的光斑尺寸

Ø 用户友好型、基于图标的软件界面，可以使校准和 IQE 测量更加简单

【样品提取】

【实验/操作方法】

【实验结果/结论】

光伏测试结果：

图1  (a)钙钛矿层晶界处微观简图。(b)钙钛矿太阳能电池的横截面SEM图像。(c)不同条件下的J-V曲线。(d)使用或不使用WO3纳米粒子形成的钙钛矿太阳能电池的正反扫描测量J-V曲线。(e)经修饰的钙钛矿太阳能电池光能转化效率曲线和短路电流曲线。(f)含有和不含有WO3纳米粒子的钙钛矿太阳能电池器件的特征度统计数据。

表1  在355nm激光照射下含有WO3纳米粒子和不含有WO3纳米粒子的钙钛矿太阳能电池的参数。

总结：

实验证明WO3 纳米粒子具有氧空位缺陷可以用来提高溶液处理的杂化钙钛矿薄膜的光伏性能。将富氧的WO3 纳米粒子引入杂化钙钛矿膜中，通过X射线光电子能谱(XPS)测量深度剖面，可以在晶界上验证WO3 纳米粒子在钙钛矿膜中的位置。这改进并降低了相邻晶粒间的能垒，以及空氧的载流子迁移率较高，改善了钙钛矿太阳能电池的光能转化效率。

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【仪器/耗材清单】

[参考文献]

[1]A. Kojima, K. Teshima, Y. Shirai, T. Miyasaka, Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells, J. Am. Chem. Soc. 131 (2009) 6050–6051.

[2]National center for photovoltaics (NCPV) at the national renewable energy laboratory (NREL). www.nrel.gov/pv/assets/images/efficiency-chart.20181221. jpg.

[3]Hang Guo, Pengfei Guo, Xiaokun Yang, Jin Zhang, Huiwu Yu, Wenhao Zhao, Qian Ye, Hongyue Wang, Hongqiang Wang, Embedding of WO3 nanocrystals with rich oxygen-vacancies in solution processed perovskite film for improved photovoltaic performance, Journal of Power Sources 461 (2020) 228175.