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