全溶液法制备高效半透明钙钛矿太阳能电池

有机-无机铅卤钙钛矿太阳能电池因其较高的光电转换效率以及低廉的制造成本,引起了学者的广泛关注和研究。迄今为止,基于这类材料的固态薄膜太阳能电池效率已经超过22%,可以与商用的硅基太阳能电池相媲美,展示出巨大的应用前景。但目前钙钛矿太阳能电池电极主要是通过真空蒸镀或磁控溅射法制备。真空法制备电极设备昂贵、耗时耗能,且与钙钛矿电池溶液法加工工艺不兼容,提高了器件制备成本。利用溶液法制备金属电极则可以降低钙钛矿太阳能电池器件的制备成本,因而具有十分重要的意义。但由于钙钛矿薄膜对溶剂特别敏感,在钙钛矿薄膜上方印刷制备金属电极具有极大挑战。

中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所印刷电子学研究部马昌期课题组和合作者首次使用喷墨打印的纳米银线作为半透明钙钛矿太阳能电池的顶电极。银纳米线作为半透明顶电极具有优异的透光性和导电性。作者的研究结果表明,印刷银线顶电极过程中界面层起到至关重要的作用。当将银纳米线直接打印在富勒烯电子传输层(PCBM)上,银纳米线会和卤素离子发生反应,从而使器件效率很低。通过在富勒烯电子传输层上引入一层聚乙酰亚胺(PEI),一方面PCBM与银纳米线电极间的注入势垒会大幅度减小;更重要的是,PEI会抑制打印过程中银纳米线的化学腐蚀。PEI的引入大幅度的改善了器件性能和稳定性,最终获得了效率为14.2%,可见光透过率为 21.2%的半透明钙钛矿电池。

这项工作为全溶液法制备半透明钙钛矿电池提供了一项简单可行的技术,可以有效的降低钙钛矿电池制作成本,此类高效率的钙钛矿太阳能电池在光伏建筑一体化中具有重要的开发价值。相关结果发表在Solar RRL (DOI:10.1002/solr.201700184)上。