基于2D和3D复合结构钙钛矿活性层构建高性能柔性钙钛矿太阳能电池

Perovskite solar cells (PVSCs) have attracted tremendous interest as potential candidates for next-generation photovoltaic solar cells, as a result of their versatile advantages, including low cost, solution-processing techniques, flexibility and high efficiency. To obtain high efficiency and long stability flexible PVSCs, interfacial passivation is an effective method to tune the interfacial states. However, it is undeniable that the existing passivation technology is mostly based on insulating materials. The inserting of passivation layer could suppress the interfacial charge recombination, but their insulation characteristic will block charge transfer and collection. To solve these problems mentioned above, this project will developed a solution process based in situ growth route, which allowed us to form a 2D capping layer together with 3D perovskite, essentially a 3D–2D graded interface. The 3D–2D graded interface can not only passivate the interface defect of perovskite, but also increase the environmental stability. This research is of great significance for the preparation of high-performance flexible perovskite solar cells.

钛矿太阳能电池由于多方面的优势，包括低成本、溶液法制备、柔韧性备和高效率，已经成为下一代光伏太阳能电池的潜在候选对象。为了获得高效率和长时间稳定的柔性钙钛矿电池，界面钝化是一种十分有效的方法。 然而不可否认现有的钝化技术大都是基于绝缘材料。虽然钝化层的加入可以减少钙钛矿电池的界面复合，但是其绝缘特性会阻碍电荷分离和传输过程。针对上述问题，本项目将使用溶剂工程的方法（溶剂退火，反溶剂溶解清洗），在三维（3D）钙钛矿表面原位生长一层二维（2D）钙钛矿薄膜，构建出3D-2D钙钛矿渐变层。不仅可以钝化钙钛矿电池的界面缺陷，而且可以阻止水分侵蚀增加器件的环境稳定性。该研究对于制备高性能柔性太阳能电池器件具有重要的意义。

有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池由于其优异的效率和低温溶液法易于制备而成为未来下一代光伏技术的潜在候选材料。然而，与理论上的肖克利-奎瑟极限预测值相比，即使是效率最高的钙钛矿太阳能电池的开路电压也相对较低。最近的研究认为，开路电压的主要损失与钙钛矿活性层表面和底部存在深部缺陷有关。这是因为有机-无机卤化物钙钛矿具有弱离子键和脆弱的库仑相互作用，这使得它们容易在膜表面和晶界发生原子重组和偏离，产生大量的非辐射复合中心。此外，钙钛矿底部发现了大量的纳米晶，这与不同沉积方法的晶粒生长行为有关，导致在空穴输运层与钙钛矿活性层界面处出现了巨大的电荷陷阱中心。因此，对钙钛矿活性层两侧的缺陷进行合理钝化，是突破钙钛矿太阳能电池性能极限的关键。为此，我们开发出一系列表面和底部钝化技术，用于钙钛矿太阳能电池的性能提升。其中包含，构建3D-2D钙钛矿渐变层，PEAI-PbI2非晶钝化层，PMMA底部钝化层等等。这些钝化技术的联合使用把反型结构钙钛矿太阳能电池的最高效率提高到23%以上，并且表现出很好的光照和湿度稳定性。最后，我们将所开发的钝化技术应用到柔性钙钛矿太阳能电池器件中，同样获得了器件效率和稳定性的双重提高。