基于薄膜力学性能调控的钙钛矿太阳能电池稳定性研究

Organic-inorganic hybrid lead halide perovskite solar cells (PSCs) attracted enormous interests in recent years due to their high solar to electric power conversion efficiency, low fabrication cost and solution processability. However, the commercial application of this technology is hampered by the lack of long-term stability. The mechanical properties of perovskite films are strongly connected with the long-term stability of the PSCs. This project focuses on the mechanical properties of PSCs to further improve their long-term stability by the combination of chemistry and mechanics of materials. We will investigate the influence of the environmental effects such as temperature, humidity and light irradiation on the mechanical properties of PSCs. We also plan to study the mechanical properties of PSCs in a systematic way to reveal the degradation mechanisms caused by their insufficient mechanical strength. It is our ultimate goal to improve the mechanical properties of PSCs by tailoring the chemical composition of perovskite film and modifying the interfaces of the devices, thereby developing high efficiency and long-term stable PSCs.

有机-无机杂化铅卤化物钙钛矿太阳能电池具有光电转换效率高、成本低、可溶液加工等优点，在学术界和产业界引起了广泛关注。但是，目前钙钛矿太阳能电池稳定性问题严重制约了该新技术的产业化进程。钙钛矿薄膜的力学性能与太阳能电池器件的稳定性密切相关，最近受到重点关注。本项目以提高钙钛矿太阳能电池稳定性为根本目标，围绕薄膜力学性能这一中心问题，综合利用化学和材料力学理论和方法开展深入研究。通过钙钛矿薄膜化学组分优化、界面修饰和微观结构优化等方法对钙钛矿薄膜力学性能进行调控，以提高钙钛矿太阳能电池的稳定性。与此同时，本项目将探索环境因素（如温度、湿度、光照）对力学性能的影响，以揭示钙钛矿薄膜力学性能的调控机制以及力学性能对钙钛矿太阳能电池器件稳定性的影响机制，进而阐明力学性能不足导致钙钛矿太阳能电池器件性能下降发生的机理，为获得高效、稳定的钙钛矿太阳能电池打下坚实基础。

钙钛矿太阳能电池具有光电转换效率高、成本低等优点，在学术界和产业界引起了广泛关注。但是，目前钙钛矿太阳能电池稳定性问题严重制约了该新技术的产业化进程。本项目以提高钙钛矿太阳能电池稳定性为根本目标，围绕薄膜力学性能这一中心问题，综合利用化学和材料力学理论和方法开展深入研究。通过钙钛矿薄膜化学组分优化、界面修饰和微观结构优化等方法对钙钛矿薄膜力学性能进行调控，以提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。通过在钙钛矿前驱体中加入跟钙钛矿具有多重相互作用的琥珀酸盐添加剂，我们取得了柔性钙钛矿电池23.6%的世界最高效率纪录，电池弯折1万次之后仍能保持初始效率85%以上。通过前驱体的调控结合加工工艺优化，我们成功实现了无甲胺铯甲脒铅碘钙钛矿电池超过24%的效率，电池在2万小时后仍能保持初始效率的95%。通过开发新的与工业化生产兼容的气相沉积工艺，我们实现了真空蒸镀钙钛矿电池24.4%的世界最高效率纪录。通过改进钙钛矿电池器件结构，我们成功解决了长期困扰钙钛矿电池的在电场偏压下的稳定性问题。这些工作为钙钛矿太阳能电池的大规模生产打下良好基础，具有广阔的应用价值。