基于多层结构透明电极的柔性钙钛矿太阳能电池研究

Research and development of flexible perovskite solar cells (PSCs) is of great significance for PSCs industrialization process. ITO electrode is widely used in flexible devices, but it is high cost and brittle, which will limit the development of flexible PSCs. Therefore, a key problem for development of efficient flexible PSCs is to develop a new type of flexible transparent electrode which is suitable for flexible PSCs. In recent years, dielectric/metal/dielectric (DMD) multilayer transparent electrodes with excellent photoelectric and bendable properties have been successfully used in the efficient flexible organic photovoltaic cells. However, the DMD multilayer transparent electrodes have seldom been employed in flexible PSCs. In view of this, this project intends to adopt variable angle technology in electron beam evaporation process, fabricating the DMD transparent electrodes with different surface properties. Developing novel DMD transparent electrodes suitable for flexible PSCs, together with the transmittance of over 90%, the sheet resistance of below 10 Ω sq-1, and well bendability. Establishing the relationship among DMD transparent electrode surface properties, perovskite crystallization performance and the flexible PSCs performance. Strive to realize an energy conversion efficiency (PCE) of 16-20% in the flexible PSCs based on DMD transparent electrodes, and try to achieve a PCE drop less than 5% after 5000 times bending. In a word, this project will have greatly contribute to the development of flexible PSCs.

研究并发展柔性钙钛矿太阳能电池(PSCs)对PSCs的产业化过程具有重大意义。发展高效柔性PSCs的一个关键问题是开发适用于柔性PSCs的新型柔性透明电极来解决传统ITO电极价格高且不耐弯曲的问题。近年来，具有优异光电性能及耐弯曲性能的介质/金属/介质(DMD)透明电极被成功应用于高效柔性有机光伏电池中。然而目前还没有基于DMD透明电极的柔性PSCs的报道。鉴于此，本项目拟采用电子束变角度蒸发技术，构建具有不同表面性质的DMD透明电极，研制出适用于柔性PSCs的可见光透过率大于90%、面电阻小于10 Ω/□且耐弯曲的新型DMD柔性透明电极，建立DMD透明电极表面性质与钙钛矿薄膜结晶性能及柔性PSCs性能的关系，力争使基于DMD透明电极的柔性PSCs的能量转换效率(PCE)达到16-20%，同时力争实现在弯曲5000次后PCE下降小于5%的出色耐弯曲性能，为推动柔性PSCs的发展做出贡献。

本项目针对柔性光电器件中的新型柔性透明电极的共性关键问题，围绕介质/金属/介质 (DMD)多层结构透明电极在柔性钙钛矿太阳能电池(PSCs)中的应用开展研究工作，发展高效稳定的柔性PSCs。本项目主要完成的研究内容如下：利用电子束蒸发系统及掠射角蒸发技术制备出一系列具有不同结构及不同表面性质的 DMD 多层结构的适用于柔性 PSCs 的新型柔性透明电极，电极平均透过率超过90%，面电阻小于10Ω/□。重点研究了不同结构及不同表面性质 DMD 透明电极对钙钛矿薄膜结晶性能的影响；同时利用 DMD 透明电极设计并制备柔性 PSCs，研究不同结构及不同表面性质 DMD 透明电极对柔性 PSCs 光伏性能及耐弯曲性能的影响，柔性PSCs的平均能量转换效率达到13.79%，最高能量转换效率达到16.06%。另外，与参比器件相比，微结构电极柔性器件的耐弯曲性能提升17%。从而说明DMD透明电极在柔性PSCs中应用的潜力，为柔性PSCs的研究提供了关键材料和技术。基于上述研究工作，共发表 SCI 论文 16 篇，影响因子全部大于 3，申请中国发明专利 7 项，获得吉林省自然科学二等奖1项（第一完成人），培养博士研究生5人。