Oriel Sol3A 级太阳光模拟器参数应用于钙钛矿量子点

2020-04-141231

背景：钙钛矿量子点半导体具有优异的光电应用特性，这类结构中的阳离子组成和表面配体可调性很大，使其能够与用溶剂中的前驱体制备形成前所未有的薄膜钙钛矿器件结构。实验发现，光电器件中的异质结构会影响整个器件的电子能级和空穴能级。通过钙钛矿量子点的逐层沉积，可很好的创建一个内部异质结，从而促进内部的电荷分离，从而改进光载流子捕获，大大提高了钙钛矿量子点太阳能电池的光伏性能。

本实验中采用Newport Oriel Sol3A 太阳光模拟器和量子效率测试系统共同测试制备出的钙钛矿量子点太阳能电池的光电效率。其中，Oriel Sol3A 太阳光模拟器采用单灯设计，满足全部 3A 级性能标准，而不影响其 1 个太阳光强输出功率。AAA 级的**个字母代表光谱匹配度，第二个字母代表空间均匀性，第三个字母代表时间稳定性。Sol3A 太阳光模拟器符合以下三个标准的 AAA 级认证：IEC 60904-9 2 (2007)、JIS C 8912 和 ASTM E 927-05。

实验产品：

选用型号94043A和Oriel IQE-200B等产品，来测试制备的钙钛矿量子点太阳能电池的光电流-电压和光电转化效率等，下表中涂绿色部分是用到的太阳光模拟器产品。

Oriel Sol3A AA 级太阳光模拟器参数
型号	94023A	94043A	94063A	94083A	94123A	94123A-CPV
灯类型	氙灯
灯功率(W)	450	450	1000	1600	1600	1600
光束尺寸(in.)	2×2	4×4	6×6	8×8	12×12	12×12
工作距离(in.)	12.0±0.5	6.0±0.5	7.0±0.5	15.0±0.5	12.0±0.5	4.0±0.5
光束发散角(半角)	<±4 °	<±4 °	<±3 °	<±2 °	<±0.5 °	<±0.5 °
典型输出功率(mW/cm2)	100(1SUN )±20% Adjustable	100(1SUN)±20% Adjustable	100(1SUN)±20% Adjustable	100(1SUN)±20% Adjustable	100(1SUN)±20% Adjustable	100(1SUN)±20% Adjustable
光束均匀性	≤2%	≤2%	≤2%	≤2%	≤2%	≤2%
光谱匹配等级	A(IEC60904-9 2007) A(JIS8904-9 2017) A(ASTM E927 - 10)	A(IEC60904-9 2007) A(JIS8904-9 2017) A(ASTM E927 - 10)	A(IEC60904-9 2007) A(JIS8904-9 2017) A(ASTM E927 - 10)	A(IEC60904-9 2007) A(JIS8904-9 2017) A(ASTM E927 - 10)	A(IEC60904-9 2007) A(JIS8904-9 2017) A(ASTM E927 - 10)	A(IEC60904-9 2007) A(JIS8904-9 2017) A(ASTM E927 - 10)
时间不稳定性	≤0.5%STI≤≤2.0% LTI	≤0.5%STI≤2.0% LTI	≤0.5%STI≤2.0% LTI	≤0.5%STI≤2.0% LTI	≤0.5%STI≤2.0% LTI	≤0.5%STI≤2.0% LTI
时间不稳定性等级	A(IEC60904-9 2007) A(JIS8904-9 2017) A(ASTM E927 - 10)	A(IEC60904-9 2007) A(JIS8904-9 2017) A(ASTM E927 - 10)	A(IEC60904-9 2007) A(JIS8904-9 2017) A(ASTM E927 - 10)	A(IEC60904-9 2007) A(JIS8904-9 2017) A(ASTM E927 - 10)	A(IEC60904-9 2007) A(JIS8904-9 2017) A(ASTM E927 - 10)	A(IEC60904-9 2007) A(JIS8904-9 2017) A(ASTM E927 - 10)
均匀性等级	A(IEC60904-9 2007) A(JIS8904-9 2017) A(ASTM E927 - 10)	A(IEC60904-9 2007) A(JIS8904-9 2017) A(ASTM E927 - 10)	A(IEC60904-9 2007) A(JIS8904-9 2017) A(ASTM E927 - 10)	A(IEC60904-9 2007) A(JIS8904-9 2017) A(ASTM E927 - 10)	A(IEC60904-9 2007) A(JIS8904-9 2017) A(ASTM E927 - 10)	A(IEC60904-9 2007) A(JIS8904-9 2017) A(ASTM E927 - 10)
线性调整率	0.01%	0.01%	0.01%	0.01%	0.01%	0.01%

部分实验结果：

Fig.1 太阳能电池的光伏性能。a图结构器件的横断面STEM-HAADF图像。b和c图是从开路到短路J-V曲线。d和e图是通过反扫描测量不同组成的器件在0.95 V处J-V曲线。

通过制作了一系列太阳能电池，比较观察到在设备的反向和正向扫描过程中存在不可忽略的滞后，经计算在0.950 V时从稳定功率输出获得的转换效率PCEZ高为15.52%。

结果：通过控制沉积过程，可以在钙钛矿层中任意位置定位空间异质结构。其转换效率PCEZ高为15.52%。此外，通过这个方法应该可以有更大的设计空间，这将影响很多钙钛矿量子点太阳能电池的开发和应用，如led、晶体管(自旋电子或量子信息处理等)。

[1]Zhao, Q., Hazarika, A., Chen, X. et al. High efficiency perovskite quantum dot solar cells with charge separating heterostructure. Nat Commun, 2842 (2019).

[2]Yi Wei, Xuefei Li.Jun Lin, et al. The Journal of Physical Chemistry Letters (2020).

[3]Huanping Zhou. et al. Impacts of alkaline on the defects property and crystallization kinetics in perovskite solar cells. Nat Commun 10, 1112 (2019).