采用新型電子傳輸材料的無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率

太陽能電池是一種將太陽能轉(zhuǎn)換為電能、實現(xiàn)節(jié)能減排的重要產(chǎn)品。自2009年首次應(yīng)用到太陽能發(fā)電領(lǐng)域以來，鈣鈦礦基于優(yōu)異的性能、低廉的成本等特征，被認(rèn)為具有巨大的商業(yè)價值，鈣鈦礦太陽能電池也日益受到關(guān)注和歡迎。那么，鈣鈦礦太陽能電池能否進(jìn)一步提升光電轉(zhuǎn)換效率，讓太陽能更“能”呢？近日，中國石油大學(xué)（北京）新能源與材料學(xué)院副研究員李振興等人針對鈣鈦礦太陽能電池的電子傳輸材料進(jìn)行了深入研究，設(shè)計出一種新型的電子傳輸材料，光電轉(zhuǎn)換效率比傳統(tǒng)的電子傳輸材料提高40%。

對于鈣鈦礦太陽能電池而言，電子傳輸材料是決定其光電轉(zhuǎn)換效率的重要因素。李振興與美國加州大學(xué)洛杉磯分校教授楊陽、蘇州大學(xué)教授王照奎合作，針對鈣鈦礦太陽能電池的電子傳輸材料進(jìn)行了深入研究，通過溶劑熱方法設(shè)計出一種新型的電子傳輸材料氧化錫包覆氧化鋅核殼納米結(jié)構(gòu)（ZnO@SnO2）。該研究成果以《氧化錫包覆氧化鋅核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒有效提高無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率》為題，發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《美國化學(xué)會志》上。

該研究成果首次提出了氧化錫包覆氧化鋅核殼納米結(jié)構(gòu)的制備方法，揭示了其具有較高光電轉(zhuǎn)換效率的內(nèi)在機(jī)理。由于SnO2殼層的能級匹配和核層ZnO納米粒子的高電子遷移率，無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)14.35%。ZnO@SnO2核—殼納米粒子的尺寸為8.1納米，電子遷移率是SnO2納米粒子的7倍。同時，均勻的核殼型ZnO@SnO2納米粒子對無機(jī)鈣鈦礦薄膜的生長極為有利。這些結(jié)果表明，氧化錫包覆氧化鋅核殼納米結(jié)構(gòu)是一種理想的太陽能電池的電子傳輸層，光電轉(zhuǎn)換效率比傳統(tǒng)的電子傳輸材料提高40%。