麥耀華&郭飛: 刮涂印刷，柔性鈣鈦礦太陽(yáng)電池

有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料具有較好的光電性能以及可低溫加工的優(yōu)勢(shì)，使其非常適合應(yīng)用于柔性光伏器件。然而，目前絕大多數(shù)高效率（PCE＞19%）柔性鈣鈦礦太陽(yáng)電池（Perovskite Solar Cell，PSC）都是采用旋涂的加工工藝來(lái)制備光活性層，而采用其他薄膜沉積方法制備的柔性PSC的能量轉(zhuǎn)換效率都較低。但是，旋涂法對(duì)原材料的浪費(fèi)極大，并且由于旋涂時(shí)不同半徑處的薄膜所受到的剪切力不一樣，因此很難用于制備大面積厚度均勻的薄膜。
鑒于此，暨南大學(xué)的郭飛和麥耀華等人報(bào)道了一種基于刮涂印刷工藝制備的高效柔性PSC。圖1 采用不同加工工藝制備的柔性PSC光伏器件的PCE與FF的統(tǒng)計(jì)圖。  采用一種叫做硫脲（TU）的添加劑來(lái)調(diào)節(jié)鈣鈦礦活性層的結(jié)晶形貌；之后又通過(guò)使用PEDOT:PSS/PTAA雙界面層與鈣鈦礦材料之間形成“Cascade Level”的能級(jí)結(jié)構(gòu)，從而大大減少了載流子在界面處的復(fù)合，極大提升了器件的FF。最終，制備的小面積（0.09 cm²）的柔性PSC的PCE達(dá)到19.41%，F(xiàn)F達(dá)到81%，這是目前報(bào)道的柔性PSC器件中最高的FF之一。更大面積（1 cm²）的柔性器件的PCE達(dá)到16.61%，F(xiàn)F達(dá)到72%，顯示出刮涂工藝在制備大面積器件時(shí)的巨大優(yōu)勢(shì)。 進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，基于PEDOT:PSS/PTAA雙空穴傳輸層的器件，在受到彎曲應(yīng)力作用時(shí)，能更好的保護(hù)柔性透明導(dǎo)電電極PEN/ITO，從而提升柔性PSC在彎曲引力作用下的機(jī)械穩(wěn)定性，其在3 mm的彎曲半徑下，經(jīng)過(guò)2000次彎折之后，PCE依然能夠保持初始值的90%。該研究為制備出同時(shí)實(shí)現(xiàn)高PCE和高機(jī)械穩(wěn)定性的柔性PSC提供了一種簡(jiǎn)單有效的方法，促進(jìn)了柔性PSC技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。 圖2 （a）柔性PSC的器件結(jié)構(gòu)。（b）單PTAA界面層和PEDOT:PSS/PTAA雙界面層的柔性PSC器件的J-V曲線。（c）不同厚度PEDOT:PSS層的PSC器件的EQE曲線。（d）35 nm厚PEDOT:PSS層的柔性PSC器件在外界偏壓為0.95V時(shí)的穩(wěn)態(tài)輸出曲線。（e）單PTAA界面層和PEDOT:PSS/PTAA雙界面層的柔性PSC器件的PCE的正態(tài)分布曲線。（f）1 cm²的柔性PSC的J-V曲線和器件性能參數(shù)。 圖3 （a）彎曲1000次之后，器件PCE隨不同彎曲半徑變化的曲線；（b）不同界面層的器件在彎曲半徑3 mm時(shí)PCE隨彎曲次數(shù)的變化曲線；（c）未封裝的PSC在N₂手套箱中的存放穩(wěn)定性測(cè)試。

Zhen Wang, Linxiang Zeng, Cuiling Zhang, Yuanlin Lu, Shudi Qiu, Chuan Wang, Chong Liu, Lijun Pan, Shaohang Wu, Jinlong Hu, Guangxing Liang, Ping Fan, Hans‐Joachim Egelhaaf, Christoph J. Brabec ,Fei Guo, Yaohua Mai. Rational interface design and morphology control for blade-coating efficient flexible perovskite solar cells with a record FF of 81%. Advanced Functional Materials. 2020DOI: 10.1002/adfm.202001240