Ag@TiO2 纳米颗粒等离激元效应增强钙钛矿太阳能薄膜电池性能

将表面覆盖TiO2 层的纳米银颗粒(Ag@TiO2)加入到钙钛矿(CH3NH3PbI3)薄膜中,利用纳米银颗粒的局域表面等离激元效应提高钙钛矿太阳能薄膜电池的性能。

第44卷第10期2016年10月

硅酸盐学报Vol. 44,No. 10

October,2016 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY

http://www.360docs.net/doc/info-655822d9d05abe23482fb4daa58da0116c171f8b.html DOI:10.14062/j.issn.0454-5648.2016.10.01

Ag@TiO2纳米颗粒等离激元效应增强钙钛矿太阳能薄膜电池性能

郭立雪1,费成斌1,李波2,张荣1,田建军2,曹国忠1,3

(1. 中国科学院北京纳米能源与系统研究所,北京 100083;2. 北京科技大学新材料技术研究院,北京 100083;

3. 华盛顿大学材料与工程学系,美国华盛顿 98195–2120)

摘要:将表面覆盖TiO2层的纳米银颗粒(Ag@TiO2)加入到钙钛矿(CH3NH3PbI3)薄膜中,利用纳米银颗粒的局域表面等离激元效应提高钙钛矿太阳能薄膜电池的性能。研究了不同浓度的Ag@TiO2对薄膜电池性能的影响,发现当Ag@TiO2在钙钛矿前驱液中的浓度为30 mmol/L时最高效率达17.3%,30组薄膜电池的平均效率为16.02%,相对于未改性薄膜电池(平均效率13.4%)提升了20%。光电测试表明,Ag@TiO2的加入不但有利于增强钙钛矿薄膜的光吸收,而且可以提高电荷的注入效率,减少电荷复合。

关键词:表面等离激元;TiO2包覆银纳米颗粒;钙钛矿太阳能电池

中图分类号:TB34 文献标志码:A 文章编号:0454–5648(2016)10–1393–08

网络出版时间:2016–09–15 09:47:06 网络出版地址:http://www.360docs.net/doc/info-655822d9d05abe23482fb4daa58da0116c171f8b.html /kcms/detail/11.2310.TQ.20160915.0947.011.html Plasmon Enhanced Perovskite Solar Cells Incorporated with Ag@TiO2 Core–Shell

Nanoparticles

GUO Lixue1, FEI Chengbin1, LI Bo2, ZHANG Rong1, TIAN Jianjun1,2, CAO Guozhong1,3

(1. Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China;

2. Advanced Material and Technology Institute, University of Science and Technology, Beijing 100083, China;

3. Department of Materials and Engineering, University of Washington, Seattle, Washington 98195–2120, USA) Abstract: TiO2 coated Ag nanoparticles (Ag@TiO2) were incorporated into CH3NH3PbI3 perovskite films in order to improve the performance of perovskite solar cells based on the local surface plasmon (LSP) effect of Ag nanoparticles. The impact of amount of Ag@TiO2 nanoparticles on the photovoltaic performance of the perovskite solar cells was investigated. The average power conversion efficiency of the perovskite solar cells embedded with 30 mmol/L Ag@TiO2 nanoparticles is enhanced to 16.02%, compared to the unmodified sample (i.e., 13.40%). The photovoltaic measurement indicates that the incorporation of Ag@TiO2 nanoparticles can favor the increase of the light absorption of the perovskite films and the charge injection as well as the reduction of the charge recombination.

Keywords: local surface plasmon effect; TiO2 coated Ag nanoparticle; perovskite solar cells

近年来,有机无机杂化的钙钛矿材料CH3NH3Pb X3 (X=Cl, Br或I)因其优异的光电性能成为光电器件领域研究的热点[1–4]。钙钛矿材料吸光系数高、电子空穴传输效率高、载流子扩散距离长,其禁带宽度为1.5~1.6 eV。这些优异的特性使钙钛矿太阳能电池从众多光电转换材料中脱颖而出[5–7],被视为最有前景的新一代薄膜太阳能电池[8]。钙钛矿太阳能薄膜电池的效率2009年首次报道时仅为3.81%,但目前已激增至超过20.1%[9–10]。与此同时,关于薄膜电池结构、材料性能、器件稳定性等方面都有了深入的研究[2]。通常,典型平面异质结薄膜电池的结构为掺氟氧化锡(FTO)/致密层/CH3NH3Pb X3/

收稿日期:2016–05–04。修订日期:2016–05–23。

基金项目:中国国家顶尖千人计划项目,国家自然科学基金项目(51374029),新世纪优秀人才支持计划项目(NCET–13–0668)和中央高校

基本科研基金项目(FRF–TP–14–008C1)。

第一作者:郭立雪(1988—),女,硕士研究生。

通信作者:曹国忠(1962—),男,博士,教授。Received date:2016–05–04. Revised date: 2016–05–23.

First author: GUO Lixue (1988–), male, Master candidate.

E-mail: guolixue@http://www.360docs.net/doc/info-655822d9d05abe23482fb4daa58da0116c171f8b.html

Correspondent author: CAO Guozhong (1962–), male, Ph.D., Professor. E-mail: gzcao@u.washington.edu

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