高效稳定钙钛矿太阳能电池关键技术研究

Clean energy, especially solar energy, is crucial for solving energy and environmental crises. Among various photovoltaic materials, organic-inorganic hybrid perovskites are particularly promising because of their low fabrication costs and rapidly improving power conversion efficiency (PCE), currently greater than 22%. However, current perovskites have poor moisture resistance and thermal/photo stability. Such stability issues largely limit the practical applications. We propose to address the instability problem of perovskite solar cells through new material design, perovskite film optimization, surface passivation and adding adducts , based on the deep understanding of perovskite degradation mechanism. In the end, a highly efficient and air stable perovskite solar cell will be demonstrated.

清洁能源运用特别是太阳能的运用被认为是解决人类能源危机和环境危机的重要途径。在所有的太阳能光吸收活性材料中，有机无机杂化钙钛矿材料由于它较低的加工成本和迅速攀升的能量转换效率在最近广受关注，其效率已经突破了22%。但是目前的钙钛矿材料在湿度环境下的稳定性，以及热稳定性和光稳定性都还比较差。这一稳定性问题已经成为了钙钛矿太阳能电池走向实用的最大瓶颈。本项目计划利用椭圆偏振光谱、超快光学、拉曼光谱和光电子能谱等多个研究手段，实时观测钙钛矿光吸收活性材料失效的动态过程，深入研究影响钙钛矿材料稳定性的内在衰减机制，然后从新材料研发、薄膜质量优化、表面钝化、辅助材料添加等多个方向协同开展器件稳定性研究，并最终实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池。

近十余年，钙钛矿光伏技术飞速发展，被认为是极具潜力的新一代薄膜光伏技术。为实现钙钛矿光伏的早日大规模应用，需要进一步提高器件光电转换效率并突破稳定性瓶颈。通过实验与理论相结合的手段，项目组针对薄膜与器件工作及衰减机制，钙钛矿薄膜相稳定性及环境稳定性，光生载流子有效抽取的关键科学问题开展了一系列深入系统研究，在1）钙钛矿光吸收层相稳定性及光生载流子研究，2）高效电荷传输层开发，3）电荷传输界面钝化研究，4）无铅钙钛矿材料实验及理论研究等四方面获得了一系列原创性科学成果。在本项目资助下，通过项目成员四年的努力工作，较好实现了项目总体目标，并且达到了项目任务计划书中拟定的考核指标。研究成果发表在包含Science、AFM、JMCA等权威专业期刊上，具有较强科学性，并得到了国内外同行的关注。同时，由本项目资助，共培养了硕士研究生6人，博士研究生5人。此外课题组博士生张欣获得资助赴比利时微电子研究中心交流合作并攻读博士学位。