提高柔性钙钛矿太阳能电池稳定性的界面工程

他们于 12 月 21 日在Energy Material Advances上发表了他们的工作。

“对于钙钛矿薄膜，有一些因素会影响材料的本征稳定性，”论文作者、建筑可定制先进功能材料与绿色应用北京市重点实验室教授、工业和信息化部低维量子结构与器件重点实验室教授陈奇说，北京理工大学材料科学与工程学院新材料实验中心。“(a) 由于不匹配的晶格和热膨胀系数，应力会随着温度变化而累积。它导致分层，或加速分解。(b) 水蒸气和氧气都可能与钙钛矿晶体发生不可逆反应。(c) 照明导致钙钛矿或相邻层中的薄弱环节断裂。”

陈解释说，除了上述刚性器件的稳定因素外，f-PSC的稳定性还受到其他条件的影响。应更详细地探索和总结柔性设备的退化机制。

“界面改性可以钝化缺陷，提高界面粘附力，抑制离子迁移，优化能带结构并调节残余应力，”陈说。“基于最新的研究进展，我们总结了界面改性在柔性钙钛矿太阳能电池中的应用。”

对于空穴传输层和电子传输层，界面改性可以通过控制SnO 2 纳米晶提高传输层阻水阻氧的能力，减少界面复合，是提高器件性能的关键。

对于有源层，柔性衬底的粗糙形貌直接影响钙钛矿薄膜的质量，内部和表面的深能级缺陷导致界面非辐射复合增加。

界面改性不仅提高了钙钛矿薄膜的质量，还提高了界面的附着力和薄膜的柔韧性，从而提高了电池的性能。

此外，柔性电极的坚固性、导电性和透明度可以通过界面工程得到改善。

“为了进一步提高 f-PSC 的效率和稳定性，应该详细研究这些不同界面之间复杂的相互作用，”Chen 说。“界面工程在 f-PSC 的光电性能中起着至关重要的作用。我们系统地研究了柔性基板对 f-PSC 中电荷提取、电荷传输和电荷复合的影响。更深入地了解界面电荷动力学有助于弄清f-PSC的降解机制。”

“尽管近年来取得了重大进展，但f-PSCs仍需实现规模化生产和商业化运营。因此，界面工程仍然是解决困扰 f-PSC 功能和操作问题的关键途径，”Chen 说。

首先，对界面特征和相关电荷载流子动力学的透彻理解对于未来 f-PSC 的产业化至关重要。为了满足大面积器件制造的要求，可以开发创新的活性吸光材料和CTL，直到我们积累了足够的精确知识。在减少光伏能量损失并克服不稳定问题后，可以促进f-PSC的产业化。

其次，界面工程对于柔性串联电池也至关重要。如果子电池串联连接，则互连层应具有出色的电荷传输能力以充当复合层。此外，上层应确保背面电池的光吸收令人满意。只有通过对界面特性的精细控制，才能使这些叠层电池在光学上足够厚，在电学上足够薄。公众意识到柔性钙钛矿光伏器件的真正潜力。

其他贡献者包括建设可定制先进功能材料与绿色应用北京市重点实验室、工业和信息化部低维量子结构与器件重点实验室、北京理工大学材料科学与工程学院新材料实验中心。

国家自然科学基金(U21A20172、21975028)、北京市自然科学基金(JQ19008)、中国博士后科学基金(2020M670144)。支持这项工作。