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  近日，來自華南理工大學(xué)的覃東歡副研究員、莫越奇研究員和暨大侯林濤研究員等人在Nano Energy發(fā)文，題為：“High-efficient nanocrystal solution-processed CdTe nanocrystal solar cells incorporating a novel crosslinkable conjugated polymer as the hole transport layer”。研究人員將一種新型的可交聯(lián)（熱交聯(lián)溫度120度左右）聚合物(二苯基硅烷-co-4-乙烯基-三苯胺)(Si-TPA)作為空穴傳輸層（HTL）用于溶液法制備的CdTe納米晶太陽能電池。研究人員發(fā)現(xiàn)與沒有HTL或者其他高分子HTLs的器件相比，采用Si-TPA HTL的器件展現(xiàn)出了更優(yōu)異的性能。加入Si-TPA 所帶來的性能提升研究人員認為是Si-TPA與CdTe偶極子效應(yīng)，同時與碲化鎘的能級更加匹配，大幅減少背復(fù)合效應(yīng)。提升的填充因子表明空穴和電子在含有Si-TPA的器件中更加平衡。研究發(fā)現(xiàn)，所制備的具有ITO/ZnO/CdSe/CdTe/Si-TPA/Au 結(jié)構(gòu)的器件，PCE為8.34%（而不使用傳輸層材料的對比器件ITO/ZnO/CdSe/CdTe/Au效率僅為5.6%），這是目前溶液法制備的具有倒置結(jié)構(gòu)的CdTe 納米晶太陽能電池的最高紀錄。

  與此同時，將Si-TPA應(yīng)用于另一種碲化鎘納米晶電池（器件結(jié)構(gòu)為ITO/ZnO/CdS/CdTe/Si-TPA/Au，受體層為CdS納米晶），也獲得了7.27%的PCE（作為參比器件ITO/ZnO/CdS/CdTe/Au最高效率僅為3.6%），顯然使用Si-TPA傳輸層的器件效率提升了一倍，表明這種熱交聯(lián)聚合物具有廣泛的適用性。

圖1. CdTe太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖

CdTe/CdSe太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖，Si-TPA 化學(xué)結(jié)構(gòu)，CdTe, CdSe, ZnO, ITO, Si-TPA 和Au的能級.

圖2. Si-TPA表征

(a) Si-TPA在乙腈溶液中的CV曲線；

(b) Si-TPA在甲苯溶液中的吸收度；

(c) Si-TPA紅外吸收譜；

(d) XPS圖：Cd 3d，N 1s.

圖3. CdSe/CdTe 納米晶太陽能電池J-V特性

(a) CdSe/CdTe 納米晶太陽能電池w/o Si-TPA (器件結(jié)構(gòu): ITO/ZnO/CdSe/CdTe/Si-TPA(w/o)/Au) 在1000Wm?2 (AM1.5 G) 照射下的J-V特性；(b) 暗態(tài)；(c)相應(yīng)EQE譜；(d) CdS/CdTe 納米晶太陽能電池w/o Si-TPA (器件結(jié)構(gòu): ITO/ZnO/CdS/CdTe/Si-TPA(w/o)/Au) 光照下的J-V特性；(e) 暗態(tài)；(f) 相應(yīng)EQE譜；(器件A和器件C 用Si-TPA HTL, 器件B和器件D無Si-TPA HTL).

圖4. 納米晶太陽能電池的J-V特性

(a)不同HTLs的納米晶太陽能電池的J-V特性；

(b) 相應(yīng)EQE譜；

圖5. Si-TPA器件C-V特性

(a) w/o Si-TPA器件C-V特性；

(b)一個在偶極層 (Si-TPA)在CdTe/Au界面對能級影響的示意圖；

  研究人員開發(fā)了一種新型的可熱交聯(lián)的聚合物Si-TPA,它可以作為納米晶太陽電池的空穴傳輸層。通過在CdTe/Au之間引入一層交聯(lián)的Si-TPA（約20nm，可溶液加工），使器件的開路電壓、填充系數(shù)和短路電流同時得到增強，從而達到了8.34%的高功率轉(zhuǎn)換效率，這是目前文獻報導(dǎo)中具有倒置結(jié)構(gòu)的碲化鎘納米晶太陽電池的最高水平。結(jié)果表明，采用Si-TPA的器件在120℃的優(yōu)化交聯(lián)溫度下，具有較高的Vbi和較好的空穴遷移率，這對于載流子的高效收集和減少復(fù)合至關(guān)重要。這種簡單的設(shè)計也可以用于其它的納米晶系統(tǒng)，例如n型CdS 納米晶太陽能電池，具有很高的PCE：7.27%，幾乎是沒有使用Si-TPA的兩倍，這說明了該聚合物具有廣泛的適應(yīng)性。

  論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518300582?via%3Dihub#!