钙钛矿太阳能电池界面的原位光致发光研究

The commercialization is determined by the performance of perovskite solar cells, i.e. their energy conversion efficiency and lifetime, which are based on the interfaces and the deep understanding of the physical processes at those interfaces in perovskite solar cells. Based on our previous work (As the principle investigator of 12 projects including projects from National Natural Science Foundation of China and from Ministry of Education of China, more than 80 SCI paper have been published) and some recent knowledge obtained in perovskite solar cells, we propose here a systematical study the interfaces and interfacial processes of perovskite solar cells by mainly using in-situ photoluminescence. The interfacial states in different structure cells will be studied by changing the parameters affecting interface forming, such as materials, ratio of precursors, deposition rate, size of crystal, thickness of film etc. and also the surrounding conditions: temperature, humidity, electric field, and light illumination, etc. By doing so, the interfacial physical processes such as movement of electrons and ions, charge transfer at the interfaces, etc. and the key parameters that determine the efficiency and lifetime of perovskite solar cells will be elucidated hopely. Based on the knowledge obtained from this project, large scale high performance perovskite solar cells with long term stability can be produced. The conducting of this project can provide an alternative way and establish a new platform to study perovskite solar cells. And the same time, the determined factors and processes for efficiency and lifetime of perovskite solar cells can be recognized.

钙钛矿太阳能电池性能（能量转换效率和寿命）决定了它的产业化前景。进一步提高能量转换效率和大幅度改善钙钛矿电池寿命首先要解决界面和与界面相关的基础物理问题。在前期工作（国家自然科学基金、教育部新世纪优秀人才等12个项目，先后发表了SCI收录文章80余篇）和开展部分钙钛矿电池研究基础上，我们提出采用原位光致发光为主的手段来开展钙钛矿电池界面和界面物理过程研究，探索界面形成过程中材料种类、比例、生长快慢、晶粒大小、薄膜厚度等和外界环境条件（温度、湿度、电场、光照等）对不同结构钙钛矿电池界面态的影响，阐明界面态如何决定电荷迁移、离子迁移、电荷界面转移等界面物理过程，揭示决定钙钛矿电池效率和长期稳定性的关键因素。在此基础上，制备出大面积长寿命的高性能钙钛矿电池。本项目开展可为钙钛矿电池研究提供一个新思路并建立相应的新研究平台，对厘清影响钙钛矿电池效率和寿命的重要因素和物理过程具有重要意义。

钙钛矿太阳能电池的界面物理过程强烈的影响着钙钛矿太阳能电池的能量转换效率和寿命，本项目原计划采用原位光致发光的测试手段研究钙钛矿太阳能电池的界面和界面物理过程，总体来说基本按照原计划进行，还有多项以原位光致发光为研究手段的工作在项目结题之后仍会开展。在成功调控和优化钙钛矿太阳能电池界面的研究过程中，我们还创新性的发明了内发射热载流子太阳能电池。对于常规太阳能电池的光场调控方面也有十分深刻的理解。.我们利用了并五苯、8-羟基喹啉铝等材料调控能级结构，利用二乙三胺五甲基膦酸、氯化胍等材料对器件界面进行了改性，使得器件性能得到了大幅度的提升。.我们构筑了钙钛矿/Au/TiO2/FTO这种具有全新结构和全新工作理论的内发射热载流子太阳能电池，研究了Au/钙钛矿的接触势垒以及金属厚度对热电子的收集的影响，首次在实验上实现稳态光照下热电子的收集利用。根据热载流子器件的特点，又利用NaI掺杂，LiF表面改性等手段提高热载流子器件的性能。.光损耗是制约钙钛矿太阳能电池转换效率的主要因素之一，我们通过光学模拟和实验验证发现光学失配是光损失的主要原因。基于理论和实验结果，通过调控传输层的厚度或制备织构状传输层，成功改善了器件的光学失配，大幅度提高了器件性能。.此外，我们在忆阻器和摩擦纳米发电机方面也取得了丰硕的成果，相关成果都已发表。.通过本项目的支持，培养了5位博士生，9位硕士生，共计发表标注有本基金支持的 SCI文章 42篇，申请发明专利3项，实用新型专利1项，获批2项发明专利和1项实用新型专利；加深了国际国内同行的交流。在本项目的支持下，项目负责人于2021年申请了中国—中东欧国家联合教育项目，该项目已获批准立项（项目编号2021091），该项目合作对象为捷克化学领域自然研究中心的布拉格化工大学。项目负责人还作为主要负责人积极推动西部科学城北碚园区西南大学科学中心的“碳中和技术研究中心”的建设。