Solar RRL:迷宫状钙钛矿薄膜:高效无电子传输层太阳能电池制备的新策略

近年来,凭借着有机无机杂化钙钛矿材料优异的光捕获能力以及电荷传输性能,钙钛矿太阳电池光电转换效率已从起初的3.8%迅速提升至23.7%。迄今为止,传统高效的n-i-p结构钙钛矿器件普遍需要高温烧结的无机金属氧化物半导体作为电子传输层,这大大增加了工艺的复杂性从而提高器件制备成本。另一方面,某些电子传输层还会导致钙钛矿材料的分解,使电池器件稳定性大幅度下降。因此,发展无电子传输层的钙钛矿太阳电池器件是解决上述问题的有效途径。

目前,无电子传输层的钙钛矿电池效率远远落后于传统结构器件的效率,这主要归因于在无电子传输层的情况下,器件内部的光生载流子无法被有效提取,导致严重的界面电荷复合,从而抑制效率提升。针对上述问题,澳大利亚昆士兰大学王连洲教授课题组吴武强博士与中山大学匡代彬教授课题组合作,在钙钛矿前驱体溶液中引入少量MACl添加剂,结合简单的吹气辅助旋涂法制备了迷宫状双层钙钛矿薄膜。不同于传统致密平滑的钙钛矿薄膜,这种独特的双层结构钙钛矿薄膜由致密平滑的底层和多孔迷宫状的顶层组成。底层致密的钙钛矿能够有效阻挡空穴,而顶层的迷宫状结构显著增大了与空穴传输层的接触面积,从而促进钙钛层的光生电荷分离与提高空穴传输层的空穴捕获能力,最终有效抑制电荷复合。得益于上述优点,本工作实现了效率高达18.5%的无电子传输层的钙钛矿太阳能电池。

本文第一作者是廖金凤,由吴武强博士,王连洲教授和匡代彬教授共同通讯。此研究提出了一种崭新的形貌调控策略,有效改善了界面电荷传输与复合并实现钙钛矿电池结构的简化。作者预期这种形貌新颖的钙钛矿薄膜在其他光电领域也会有良好的应用前景。相关论文在线发表在Solar RRL (DOI: 10.1002/solr.201800268)上。