南工大陈志宽ACS Appl Mater Interfaces：高效且在极端条件下稳定的钙钛矿太阳能电池

【引言】

有机无机杂化钙钛矿材料由于优异的光电性能和低廉的制造成本而受到科研工作者的广泛关注，基于钙钛矿材料的太阳能电池在短短几年内，光电转化效率已经突破22%，成为光伏领域的一颗新星。然而，钙钛矿型材料耐水性差，限制了其商业化应用前景。因此，在项本工作中，科学家们通过原子层沉积技术（ALD）制备了金属氧化物层应用于钙钛矿太阳能电池器件中，取得了在极端条件下都相对稳定的钙钛矿太阳能电池器件，为钙钛矿的产业化发展奠定了基础。

【成果简介】

近日来，来自南京工业大学先进材料研究院的陈志宽教授团队在ACS Applied Materials & Interfaces上发表了题为“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。陈飞研究员、张辉副研究员为共同通讯作者，文章的第一作者为博士生吕宜璠（Yifan Lv）。文章中，作者在倒置器件：ITO/NiO/MAPbI₃/PC₆₁BM/Ag中，通过低温原子沉积技术在PCBM与银电极之间引入一层致密的TiO₂，研究发现优化后的ALD工艺对器件和钙钛矿层没有任何破坏，而插入的TiO₂界面层可明显提高电极界面处的稳定性，同时减少载流子在该界面出的复合并将器件效率从16.4%提升至18.3%，；另外，作者开发了一种复合型的ALD Al₂O₃作为器件的封装层，60nm的Al₂O₃封装后的器件展现了非常好的耐水稳定性，封装后的器件在放置于空气中（湿度：40%-50%）1000小时后，光电转化效率基本保持不变，将器件在水中浸泡2小时仍能保持95%以上的原始效率。

【图文导读】

图一：钙钛矿/TiO₂界面研究

钙钛矿上沉积不同循环数TiO₂样品的电子能谱分析：a)Ti2p, b) O1s, c) Pb4f, d)Pb4f_7/2。

 图二：器件光伏性能对比

器件的 a) J-V 曲线, b) 稳态光电流及效率。

图三：器件光伏性能提升原理研究

1. 钙钛矿 b) 钙钛矿/PC₆₁BM c) 钙钛矿/PC₆₁BM/2 nm ALD TiO₂的AFM形貌图；钙钛矿, 钙钛矿/PC₆₁BM, 钙钛矿/PC₆₁BM/2 nm ALD TiO₂的a) 荧光, b) 瞬态荧光测试结果。

图四：器件稳定性研究

a)不同结构器件在空气中的稳定性；

b)Al₂O₃中水的扩散机理，以及中间体保护器件的机理；

c) 浸泡在去水中时器件的稳定性；

d) 浸泡在去水中时器件的稳态光电流测试。

【小结】

该团队优化了原子层沉积工艺，并通过原子层沉积技术在无损钙钛矿的情况下，在钙钛矿上表面成功的引入了TiO₂和Al₂O₃；通过引入了TiO₂界面层，将器件效率从16.4%提升至18.3%；通过引入Al₂O₃封装层，极大的提升了器件稳定性，为钙钛矿的产业化发展奠定了基础。

文献链接：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

本文由吕宜璠供稿，材料牛编辑整理。

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