有机－无机钙钛矿太阳能电池器件的热稳定性研究

For the organic-inorganic perovskite solar cells, it is inevitable to work at a relatively high temperature. Therefore, the thermal stability of the perovskite material itself, hole and electron selective materials, and their interfaces will be the key factors affecting the device lifetime. This project intends to explore the influence of organic ligands on the thermal stability of the perovskite material itself, to study the inherent relationship between the crystal domains’ size, crystal orientation and the undesirable film shrinkage behavior, to analyze the effect of the hole and electron selective layer interface on the thermal stability of the perovskite film where contacting them. We aim to clarify the relationships among the solar cell material system, microstructures of the perovskite film, electrical properties and the thermal stability, which will provide theoretical and experimental basis for the development of thermally stable perovskite solar cells.

有机-无机钙钛矿太阳能电池需要在相对较高温度下工作，因此钙钛矿材料本身、空穴和电子传输材料及其界面的热稳定性是制约器件寿命的关键因素之一。本项目拟探索有机配体对钙钛矿材料本身热稳定性的影响规律，研究钙钛矿材料薄膜中晶粒的大小、晶格取向等物理参数与薄膜热收缩行为之间的内在关联，分析空穴、电子传输层界面对钙钛矿薄膜热稳定性的制约作用，阐明钙钛矿太阳能电池材料体系、薄膜微观结构和热稳定性及光电性能之间的构效关系，为开发高热稳定性钙钛矿太阳能电池提供相应的理论依据和实验基础。

有机-无机钙钛矿太阳能电池需要在相对较高温度下工作，因此钙钛矿材料本身、空穴和电子传输材料及其界面的热稳定性是制约器件寿命的关键因素之一。本项目探索了有机配体对钙钛矿材料本身热稳定性的影响规律，研究了钙钛矿材料薄膜中晶粒的大小、晶格取向等物理参数与薄膜热收缩行为之间的内在关联，阐明了钙钛矿太阳能电池材料体系、薄膜微观结构和热稳定性及光电性能之间的构效关系。我们研究发现晶界是水分子的扩散路径，通过提高晶粒尺寸有助于提高电池的寿命；铯掺杂和甲胺甲脒复合钙钛矿材料体系与纯甲胺钙钛矿相比，具有明显优势，原因是掺杂或者复合后，晶格应力得到降低；晶界的Cl离子通常对提高效率有利，但会降低器件寿命，原因是在电场下Cl离子比I离子更容易迁移；在晶界或者界面处引入非钙钛矿相δ-FAPbI3或者MA分子，同样可以起到提升器件稳定性的目的。因此，对钙钛矿材料，A位置的掺杂和复合、晶粒尺寸的增大、表界面的钝化等都是提升其器件稳定性的关键。这些实验结果为开发高热稳定性钙钛矿太阳能电池提供相应的理论依据和实验基础。