南工大陳志寬ACS Appl Mater Interfaces：高效且在極端條件下穩定的鈣鈦礦太陽能電池

【引言】

有機無機雜化鈣鈦礦材料由于優異的光電性能和低廉的制造成本而受到科研工作者的廣泛關注，基于鈣鈦礦材料的太陽能電池在短短幾年內，光電轉化效率已經突破22%，成為光伏領域的一顆新星。然而，鈣鈦礦型材料耐水性差，限制了其商業化應用前景。因此，在項本工作中，科學家們通過原子層沉積技術（ALD）制備了金屬氧化物層應用于鈣鈦礦太陽能電池器件中，取得了在極端條件下都相對穩定的鈣鈦礦太陽能電池器件，為鈣鈦礦的產業化發展奠定了基礎。

【成果簡介】

近日來，來自南京工業大學先進材料研究院的陳志寬教授團隊在ACS Applied Materials & Interfaces上發表了題為“Low Temperature Atomic Layer Deposition of Metal Oxides Layers for Perovskite Solar Cells with High Efficiency and Stability under Harsh Environmental Conditions”的文章。陳飛研究員、張輝副研究員為共同通訊作者，文章的第一作者為博士生呂宜璠（Yifan Lv）。文章中，作者在倒置器件：ITO/NiO/MAPbI₃/PC₆₁BM/Ag中，通過低溫原子沉積技術在PCBM與銀電極之間引入一層致密的TiO₂，研究發現優化后的ALD工藝對器件和鈣鈦礦層沒有任何破壞，而插入的TiO₂界面層可明顯提高電極界面處的穩定性，同時減少載流子在該界面出的復合并將器件效率從16.4%提升至18.3%，；另外，作者開發了一種復合型的ALD Al₂O₃作為器件的封裝層，60nm的Al₂O₃封裝后的器件展現了非常好的耐水穩定性，封裝后的器件在放置于空氣中（濕度：40%-50%）1000小時后，光電轉化效率基本保持不變，將器件在水中浸泡2小時仍能保持95%以上的原始效率。

【圖文導讀】

圖一：鈣鈦礦/TiO₂界面研究

鈣鈦礦上沉積不同循環數TiO₂樣品的電子能譜分析：a)Ti2p, b) O1s, c) Pb4f, d)Pb4f_7/2。

_?圖二：器件光伏性能對比

器件的 a) J-V 曲線, b) 穩態光電流及效率。

圖三：器件光伏性能提升原理研究

1. 鈣鈦礦 b) 鈣鈦礦/PC₆₁BM c) 鈣鈦礦/PC₆₁BM/2 nm ALD TiO₂的AFM形貌圖；鈣鈦礦, 鈣鈦礦/PC₆₁BM, 鈣鈦礦/PC₆₁BM/2 nm ALD TiO₂的a) 熒光, b) 瞬態熒光測試結果。

圖四：器件穩定性研究

a)不同結構器件在空氣中的穩定性；

b)Al₂O₃中水的擴散機理，以及中間體保護器件的機理；

c) 浸泡在去水中時器件的穩定性；

d) 浸泡在去水中時器件的穩態光電流測試。

【小結】

該團隊優化了原子層沉積工藝，并通過原子層沉積技術在無損鈣鈦礦的情況下，在鈣鈦礦上表面成功的引入了TiO₂和Al₂O₃；通過引入了TiO₂界面層，將器件效率從16.4%提升至18.3%；通過引入Al₂O₃封裝層，極大的提升了器件穩定性，為鈣鈦礦的產業化發展奠定了基礎。

文獻鏈接：Low Temperature Atomic Layer Deposition of Metal Oxides Layers for Perovskite Solar Cells with High Efficiency and Stability under Harsh Environmental Conditions.(ACS Applied Materials & Interfaces) 2018, DOI:10.1021/acsami.8b07346

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.8b07346

本文由呂宜璠供稿，材料牛編輯整理。

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