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。
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。
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