钛矿太阳能电池的飞速发展及其在建筑一体化光伏器件和柔性可穿戴器件中的应用前景激发了人们对于彩色钙钛矿太阳能电池的浓厚兴趣, 但如何将在可见光宽波段具有高吸光系数的钙钛矿材料构筑成高性能的彩色太阳能电池仍面临着很大的挑战。

近日，北京大学齐利民教授等人在Science China Materials上发表研究论文，提出了利用氧化钛纳米碗阵列作为电子传输层来构筑高效率彩色钙钛矿太阳能电池的新策略。

首先，利用胶体球刻蚀法制备得到具有二维光子晶体特性的TiO₂纳米碗阵列，并以其作为结构化的电子传输层。

然后，通过路易斯酸碱加合物法在纳米碗内均匀填充一层高质量的CH₃NH₃PbI₃钙钛矿（PVK）薄膜，得到具有鲜艳结构色的PVK@TiO₂纳米碗阵列薄膜，其颜色具有显著的角度依赖性。利用该PVK@TiO₂纳米碗薄膜可以制备出彩色的平面异质结钙钛矿太阳能电池, 其最高光电转化效率可以达到16.94%, 平均效率达到15.47%, 均高于现已报道的彩色钙钛矿太阳能电池的转化效率。

图1  PVK@TiO₂纳米碗阵列的制备过程示意图

图2  基于纳米碗阵列的彩色钙钛矿太阳能电池

该工作为设计构建具有炫丽色彩的彩色钙钛矿太阳能电池提供了新的思路。

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High-efficiency colorful perovskite solar cells using TiO₂ nanobowl arrays as a structured electron transport layer

Doi：10.1007/s40843-019-9452-1

http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCMs/doi/10.1007/s40843-019-9452-1?slug=fulltext