金属卤化物钙钛矿器件结构中发光效率的最大化与稳定化
材料科学
2017-12-14 v1
摘要
金属卤化物钙钛矿因其在多种光电子应用中的潜力而受到极大关注。通过调节化学组成来调控钙钛矿带隙，为彩色发光体以及叠层光伏组件开辟了新应用。然而，非辐射损耗仍限制着性能表现，在最先进的钙钛矿太阳能电池中，太阳光照射条件下的发光产率仍远未达到100%。此外，在为实现连续带隙可调（带隙约1.7-1.9 eV）而设计的混合卤化物钙钛矿体系中，光致离子偏析会导致带隙不稳定。在此，我们通过用钝化性卤化钾中间层修饰表面和晶界，大幅缓解了钙钛矿结构中的非辐射损耗与光致离子迁移。我们展示了66%的外量子发光产率，对应内量子产率超过95%。在保持超过40 cm²V⁻¹s⁻¹的高迁移率的同时实现了高发光产率，从而获得了高发光与优异电荷传输这一难得兼得的组合。我们发现，在太阳能电池器件堆叠中与电极接触时的外发光产率（该量必须最大化以逼近效率极限）仍高达15%，表明界面非常洁净。我们还展示了在广泛范围的混合卤化物钙钛矿带隙中抑制光致离子迁移过程，这些体系原本会出现带隙不稳定。我们在完整运行的光伏电池中验证了这些结果，凸显了在器件结构中稳定发光的重要性。我们的工作代表了在构建可调卤化物钙钛矿薄膜与界面方面的关键突破，可逼近叠层太阳能电池与彩色LED的效率极限。
引用
@article{arxiv.1712.04696,
title = {Maximising and Stabilising Luminescence in Metal Halide Perovskite Device Structures},
author = {Mojtaba Abdi-Jalebi and Zahra Andaji-Garmaroudi and Stefania Cacovich and Camille Stavrakas and Bertrand Philippe and Johannes M. Richter and Mejd Alsari and Edward P. Booker and Eline M. Hutter and Andrew J. Pearson and Samuele Lilliu and Tom J Savenije and Håkan Rensmo and Giorgio Divitini and Caterina Ducati and Richard H. Friend and Samuel D. Stranks},
journal= {arXiv preprint arXiv:1712.04696},
year = {2017}
}