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暨南大学Adv. Sci.: 2D/3D异质结结构助力柔性钙钛矿光伏器件效率突破20%

柔性钙钛矿太阳电池(f-PSCs)因其在消费级电子产品领域具有巨大的发展前景,受到了国内外研究者们的广泛关注。制备高性能的f-PSCs的关键是要在更粗糙以及不平整的柔性衬底表面上,沉积无针孔、致密和少缺陷的高质量的钙钛矿结晶薄膜。

近日,暨南大学麦耀华教授团队围绕上述关键问题,首先,采用真空辅助结晶的刮涂加工工艺来制备FA基钙钛矿光伏器件,并使用DMF:NMP混合溶剂来延缓钙钛矿的结晶速率,从而获得均匀致密的钙钛矿薄膜。之后,他们将一种胍的衍生物,4-胍基丁酸(GBA)作为添加剂加入到FA基钙钛矿的前驱体溶液中,利用GBA与PbI2间反应能生成2D钙钛矿的特点,制备了2D/3D异质结结构的钙钛矿结晶薄膜。

进一步的研究显示,薄膜中2D钙钛矿相是采用face-on的取向,垂直插入在3D钙钛矿的晶界处,很好的钝化了原3D钙钛矿薄膜中的深能级缺陷,显著的降低了钙钛矿薄膜中的非辐射复合,极大提升了器件的开路电压(VOC)。最终,基于2D/3D结构的钙钛矿薄膜制备的刚性PSCs获得了21.45%的效率,同时,f-PSCs的效率也达到20.16%。并且,相较于Reference器件,基于2D/3D结构的f-PSCs也同样展现出了更加优异的抗弯曲性能。

图2(a)小面积柔性器件的J-V曲线和(b)相应的EQE曲线;(c)1 cm2的f-PSCs的器件性能;(d)柔性器件抗弯曲性能测试(弯曲半径3 mm);(e)柔性PSC模组照片和(f)相应的J-V曲线。

为了体现刮涂的加工方式在制备大面积器件时的优势,他们分别制备了5 cm ×5 cm的由7个子电池串联而成的刚性和柔性PSCs模组,分别获得了16.03%和14.48%的光电转化效率。

相关成果以“An Embedding 2D/3D Heterostructure Enables High-Performance FA-alloyed Flexible Perovskite Solar Cells with Efficiency over 20%”为题发表在国际权威刊物杂志《Advanced Science》上(IF=16.806),王祯博士后为文章的第一作者,郭飞研究员和麦耀华教授为文章的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金,广东省自然科学基金以及中央高校基本科研专项资金项目的支持。

原文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202101856

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