近日，我院王晓峰教授团队在双钙钛矿太阳能电池的研发方面取得突破。研究成果以“Chlorophyll Derivative-Sensitized TiO2 Electron Transport Layer for Record Efficiency of Cs2AgBiBr6 Double Perovskite Solar Cells”为题，发表于Journal of the American Chemical Society 143，2207-2211（2021）杂志上。
双钙钛矿Cs2AgBiBr6由于具有良好的稳定性以及无铅等优势，已经在理论和实验方面被证明是一种潜在的光伏材料。但由于其禁带宽度较大，只能吸收短波长范围内的光子，限制了基于其制备的太阳能电池的光电流密度和能量转化效率。在这项工作中，研究人员用一种可以吸收长波长范围光子的含有羧基的叶绿素衍生物(C-Chl)去敏化二氧化钛作为电子传输层,并将其与在短波长范围内光吸收能力较强的Cs2AgBiBr6双钙钛矿材料相结合，成功制备出染料敏化-双钙钛矿太阳能电池。引入C-Chl后电池的光吸收范围从300-550纳米提升至300-750纳米，电池的光电流密度明显提升，能量转化效率首次超过3%。
电池内部的电荷传输路径主要由两部分构成。首先，当Cs2AgBiBr6受到光激发时，由于C-Chl在二氧化钛上的吸附量很低，Cs2AgBiBr6和二氧化钛的表面直接接触，处于激发态的电子能够直接注入到二氧化钛中；另一方面，当C-Chl被光激发时，激发态电子会快速注入到二氧化钛中。由于Cs2AgBiBr6的LUMO能级略低于C-Chl的LUMO能级，C-Chl中剩余的空穴可以获得从Cs2AgBiBr6中激发出的电子。这种Z方案的电荷转移过程在课题组之前的工作中已经多次得到证实和应用。同时，利用叶绿素及其衍生物作为光敏材料或电子传输材料制备的非铅钙钛矿太阳能电池，在提高电池的光吸收效率的同时，还能够最大程度地减少环境污染。
电池内部电荷传输路径
该论文第一作者为吉林大学物理学院2018级凝聚态物理专业博士研究生王宝宁，通讯作者为王晓峰教授。该工作得到了国家自然科学基金面上项目和日本学术振兴会的资助。
论文全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c12786
