新型策略制备2D/3D异质结钙钛矿太阳电池 _游戏世界

新型策略制备2D/3D异质结钙钛矿太阳电池
由于2D/3D异质结钙钛矿太阳电池可以在不损失转换效率的前提下提高器件的稳定性，成为了近几年的研究热点。然而，之前报道的制备技术仅限于简单的后退火处理生成2D/3D钙钛矿，关于如何最大化的发挥2D钙钛矿的钝化效果没有进行深入的研究，以及2D/3D界面存在的晶格应变问题还未引起人们的关注。
图1. 2D钙钛矿的扩散钝化效应
热退火过程是钙钛矿太阳电池制备的关键工艺。暨南大学麦耀华团队发现对于2D/3D异质结钙钛矿电池，在制备2D钙钛矿薄膜时适当延长热退火时间会促进少量的PEA+沿3D钙钛矿晶界扩散，和晶界处的PbI2反应生成2D钙钛矿，扩大2D钙钛矿的钝化范围，产生有利的扩散钝化效应。
【新型策略制备2D/3D异质结钙钛矿太阳电池】图2. 2D钙钛矿的晶格膨胀
然而， MA+和I-离子也会在持续加热条件下向上迁移进入顶部的2D钙钛矿晶格，由于2D钙钛矿层间作用力是微弱的范德华力，离子的迁移很容易造成2D钙钛矿的晶格膨胀。此外，作者首次发现2D钙钛矿存在大的拉应力（超过1000 MPa），之前已有相关报道表明拉应力不利于器件的效率和稳定性。
图3. 新型2D/3D异质结钙钛矿制备技术
针对以上问题，该论文提出了一种新的钙钛矿薄膜制备策略，即在表面处理PEAI后紧接着覆盖电子传输层PCBM ，然后再进行长达2h的热退火来形成2D/3D钙钛矿异质结构。由于PCBM的热膨胀系数相比2D钙钛矿较小，在2D钙钛矿的生成过程中限制了它的横向拉伸，补偿了2D钙钛矿的拉应力。并且PCBM减缓了离子的迁移速率，间接抑制了晶格膨胀，同时长时间的热退火过程诱导了扩散钝化。
图4. 优化前后的器件光伏性能
最终由此方法制备的p-i-n结构器件效率高达21.31% ，经独立第三方认证的效率为20.22% 。
Fabrication Strategy for Efficient 2D/3D Perovskite Solar Cells Enabled by Diffusion Passivation and Strain Compensation. Adv. Energy Mater. 2020.
DOI:10.1002/aenm.202002004
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