新型疏水性非锂盐掺杂的空穴传输体系改善钙钛矿太阳能电池的稳定性研究

Hybrid perovskite solar cell has attracted great attention due to its power conversion efficiency quickly over 20%. Currently most of the reports on perovskite solar cell focus on how to improve efficiency; nevertheless the stability is more important for industrialization. This project plans to, centering on the core issue of stability, focus on the key issue of absorption of moisture by lithium salt to cause the perovskite decomposition, first to improve the stability of perovskite solar cells via a hole transporting system doped with hydrophobic non-lithium salt. Mainly in the following: 1) the transport properties of different hydrophobic hole transport materials with a hole mobility higher than 10-3cm2/Vs; 2) through hydrophobic p-type inorganic semiconductor, organic or inorganic p-type dopant to replace lithium salt, improve the transporting properties of hole transport materials with a hole mobility higher than 10-2cm2/Vs; 3) to prepare high efficient perovskite solar cells with a efficiency of >20% and high stability (>5000h) via using the hole transporting system with the new type of hydrophobic non-lithium salt dopant, to provide a theoretical support for the development of highly efficient and stable perovskite solar cells.

杂化钙钛矿太阳能电池效率迅速突破20%，从而吸引了广泛的关注。目前的研究主要集中在提高效率，但要真正实现产业化应用，还急需解决稳定性的问题。围绕钙钛矿电池稳定性这一关键科学问题，本项目针对锂盐极易吸潮而造成钙钛矿分解的关键因素，创新性提出采用疏水性非锂盐掺杂的空穴传输体系改善钙钛矿太阳能电池稳定性。主要开展：1）研究疏水性高效空穴传输体系的传输性能，实现空穴迁移率大于10-3cm2/Vs；2）通过疏水性无机p型半导体、有机及无机p型掺杂等替代锂盐掺杂，提高空穴传输体系的传输能力至空穴迁移率大于10-2cm2/Vs；3）采用疏水性非锂盐掺杂的空穴传输体系，实现钙钛矿太阳能电池的高效（20%以上）及高稳定性（> 5000h）制备，为发展钙钛矿电池的实际应用提供理论支撑。

项目围绕钙钛矿电池稳定性这一关键科学问题，针对锂盐极易吸潮而造成钙钛矿分解的关键因素，提出采用疏水性非锂盐掺杂的空穴传输体系改善钙钛矿太阳能电池稳定性。项目主要研究了1) 新型非锂盐掺杂的空穴传输体系改善钙钛矿太阳能电池的稳定性研究，通过采用无掺杂的Spiro-OMeTAD与Cu9S5形成双层空穴传输层，CuOx及CuI等空穴传输层，并将其应用于n-i-p型钙钛矿太阳电池中，使器件的稳定性显著提升，空气环境中储存1200小时后，仍然可以保留其初始效率的约96％; 2) 空气中制备高效、高稳定的基于FAPbI3的钙钛矿电池，刚性效率达到21.23%，柔性电池效率达到19.38%，为当时世界最高效率的柔性电池，未封装的柔性器件在空气中放置230天（5520小时）其效率依然可以保持初始效率的89%;3) 通过界面修饰来提升钙钛矿电池的稳定性，将二铵（ODAI）修饰钙钛矿表面，从而形成一层二维钙钛矿结构，能量转化效率可达到21.18%，并能极大的提高稳定性和疏水性。所制备出的光伏器件在大气氛围中放置120天（2880小时）仍能保持92%的初始效率。.发表 SCI 论文 40 篇，EI论文3篇，专利2件，出版相关学术专著一本，毕业博士后1名，博士生 5 人，硕士生 2 人，本科生 5 名，在读博士生5人。圆满完成任务书计划的各项指标.