高效稳定窄带隙钙钛矿太阳电池中钙钛矿成膜,结构以及器件界面调控

作者：陈梓铭; 刘梅月; 叶轩立

来源：第六届新型太阳能电池材料科学与技术学术研讨会, 中国北京, 2019-05-25.

• 窄带隙钙钛矿太阳电池
• 钙钛矿成膜
• 竖直生长二维钙钛矿结构
• 器件界面调控

经过十年的发展,单节钙钛矿太阳电池的认证效率达到了24.2%,但是其发展速度在近年逐渐呈现饱和的趋势。在这种情况下,构筑叠层太阳电池是打破效率瓶颈的重要策略之一。钙钛矿叠层太阳电池由高效且稳定的宽带隙和窄带隙钙钛矿太阳电池组成。但是,相比于宽带隙钙钛矿太阳电池,含有不稳定二价锡离子的窄带隙钙钛矿太阳电池(如ASn0.5Pb0.5IxCl3-x)是叠层钙钛矿太阳电池中的短板所在。因此,必须发展稳定且高效的窄带隙钙钛矿太阳电池来实现高质量的叠层钙钛矿太阳电池。本课题组从提高钙钛矿自身的质量以及改善器件中界面特性两个方向入手,实现高效稳定的窄带隙钙钛矿太阳电池,具体包括以下四个工作（如图1所示）:通过真空辅助加热法获得高质量的窄带隙钙钛矿薄膜。该方法可以避免MACl残留于薄膜中,同时可以实现覆盖度高,缺陷浓度低,晶粒规整的钙钛矿薄膜。基于该方法制备的窄带隙钙钛矿太阳电池的能量转换效率达到12.3%。通过引入小分子添加剂N-（3-aminopropyl）-2-pyrrolidinone,成功实现竖直生长二维窄带隙钙钛矿的制备。在本工作中我们成功地用GIWAXS以及HRTEM清晰地表征了竖直生长二维钙钛矿的结构,同时实现了超高稳定性的窄带隙钙钛矿太阳电池。（在未包封的情况下,放置在空气中以及在手套箱内连续光照一个月,仍能分别维持90%以及70%的初始效率,是锡基钙钛矿太阳电池的最佳稳定性之一）通过具有阶梯式能级的多电子传输层(ZnO/SnO2/C60-SAM)构筑正装窄带隙钙钛矿太阳电池。该电子传输层能够提高载流子在界面上的抽取,同时在空间上抑制载流子复合,减少器件的Voc损失,最终实现能量转换效率达13.8%的正装器件。利用无机电子传输层（ZnO）抑制Ag电极扩散。Ag电极的扩散会严重污染钙钛矿层,成为光生载流子的复合中心,并影响钙钛矿的能级。抑制Ag的扩散能够消除其产生的负面影响,减少Voc损失,将器件效率提高到超过18%。

• 单位
  发光材料与器件国家重点实验室; 华南理工大学