Solar RRL:室温快速结晶的半透明CH3NH3PbI3薄膜及免退火和无电子传输层器件的构筑

半透明钙钛矿太阳能电池可集采光与发电于一身,有望将其应用于各大建筑物窗户,开发新型玻璃。此外,还可将其组合在拥有不同波长吸收层的叠层或者串联太阳能电池中。因此,半透明钙钛矿光伏器件的开发成为科研以及产业领域关注的热点。

然而,要实现半透明钙钛矿电池走出实验室达到应用产业化,还有以下几大难点有待解决:首先,半透明钙钛矿膜层的制备常采用液相或气相沉积工艺,不论是去除残余溶剂的退火,亦或需要提供反应剂的气态高温蒸汽,都需要至少100℃的加热。因此,半透明钙钛矿太阳能电池目前主要沉积在热稳定性好的刚性或柔性的导电玻璃FTO和ITO上,而可室温结晶的钙钛矿膜层就可以让电极基底材料不再受热稳定性限制。但室温下钙钛矿的结晶过程直接决定膜层形貌和晶体缺陷,且半透明钙钛矿膜层厚度更薄,对结晶条件和晶体缺陷要求更苛刻,因此实现半透明钙钛矿电池在室温下制备有较大难度。其次,为了更高效的收集光生载流子,需要增加对应的电荷收集层把其更快地传输到电极上。如能去除电荷收集层不论是对拓展电极基底还是构筑叠层电池都有很大的意义。

近期,中国科学技术大学杨上峰教授课题组与合肥工业大学刘节华教授课题组(未来能源实验室)合作,通过溶剂工程实现了通过室温快速结晶制备半透明甲铵铅碘钙钛矿膜层,该膜层具有表面致密无针孔、粗糙度小平整度高,表面呈镜面形貌和半透明等优点。此外,该室温快速结晶法并未引起晶体缺陷增多,反而因为晶体缺陷少导致电子收集率高,甚至可以免去电子收集层,将未经退火处理的钙钛矿膜层应用到简化的无电子收集层结构的电池中,光电转化效率仍然超过10%。同时,电池也因致密缺陷少而稳定性好。这项工作为室温制备无电子收集层的非导电玻璃基底的半透明钙钛矿电池提供了一项简单可行的技术,也为叠层或串联太阳能电池的应用化提供了可行方案。相关结果发表在Solar RRL (DOI: 10.1002/solr.201700222)上。

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