韩礼元Joule：钙钛矿器件结构中的高效率电池电势分布的调控

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钙钛矿太阳能电池近几年来得到飞速发展，其光电转换效率突破了22%。为了把效率进一步提高至单异质结太阳能电池的极限效率，深入理解器件内部的工作机制是实现上述目标的关键所在。其中，对于电池的异质结类型的判断和异质结处电荷复合的研究是非常重要的。而现有的研究对钙钛矿太阳电池是p-n型还是p-i-n型电池还存在争议。测量出电池内部电势分布是非常直观的判断电池的异质结类型的有效方法，但对于不同结构，不同膜成分的高效钙钛矿电池器件的电势分布的观测和分析还很少，对于相应钙钛矿异质结的二极管特性的认识也还存在不足。

    近日，上海交通大学韩礼元教授课题组在Joule上发表了学术论文(DOI: 10.1016/j.joule.2017.11.015)：Control of Electrical Potential Distribution for High-Performance Perovskite Solar Cells。该研究利用改进的光态下和暗态下的KPFM扫描技术，检测和分析了钙钛矿太阳能电池的两种典型的介孔结构和正式平面结构中的电势分布，发现这两种结构均属于p-n型异质结太阳能电池。介孔结构的钙钛矿太阳能电池的电势降主要发生在TiO2电子传输层和钙钛矿的界面；而平面结构的电池的电势降位置随着MAPbI3中的组分的改变，从TiO2电子传输层和钙钛矿界面变到钙钛矿和空穴传输层的界面。说明平面结构中电势分布对于钙钛矿组分敏感，可以通过精确控制组分来改变电池内部的电势分布。该研究进一步通过改变钙钛矿的组分来调控电势分布，得到了性能优越、电荷复合很小、效率大于20%的高效率钙钛矿太阳能电池。该研究对于进一步提高钙钛矿太阳电池的效率提供了非常有价值的理论参考。