基于p型纳米硅氧无机空穴传输层的平面异质结钙钛矿太阳电池的结构设计、实现及载流子输运机制研究

The project aims at fabricating stable, low cost and high efficiency potential perovskite solar cells. Based on the existing perovskite cell, an innovative planar-heterojunction structure perovskite solar cell has been designed, using inorganic p-type nanocrystalline-SiOx (nc-SiOx) as hole-transport layer and ZnO as electron-transport layer. The innovation of this project is to improve the interface characteristics between the perovskite active layer and p-type nc-SiOx by taking advantage of the p-type nc-SiOx, such as the controlled parallel and vertical conductivity and the flexibly adjusted work function, to obtain an alternative material，which can exceed existing luxury organic hole transport layer (Spiro-OMeTAD). In this project, we will clarify the impact of the ZnO and p-SiOx on the perovskite active layer and build the quality level device characterization system of the active layer perovskite thin films to reveal the carrier transport mechanism of the perovskite solar cells based on the inorganic carrier transport layer. This will pave an avenue to further improving the performance of the perovskite solar cells and developing the perovskite cells based on the flexible substrate as well as forming the efficient perovskite /CIGS or silicon heterojunction tandem solar cells. Therefore, this project facilitates the improvement and sustainable development of the perovskite solar cells.

本项目旨在对具低成本、高效率潜力的钙钛矿太阳电池进行研究。在现有钙钛矿电池基础上，设计了一种基于无机p型纳米硅氧材料作为空穴传输层、ZnO作为电子传输层的平面新型异质结构的钙钛矿电池。本项目的创新性在于：利用p型纳米硅氧的横向和纵向电导率分别可控以及功函数灵活可调的特点，来改善钙钛矿有源层/p型纳米硅氧异质界面特性，以期获得一种可替代并超越现有钙钛矿电池所采用的价格昂贵的有机空穴传输层(Spiro-OMeTAD)材料。通过本项目研究，阐明ZnO和p型纳米硅氧分别作为电子和空穴传输层对钙钛矿有源层特性的影响，建立器件质量级钙钛矿有源层薄膜的表征体系，揭示基于全无机电荷传输层的钙钛矿电池的载流子输运机制，为进一步提高钙钛矿电池性能、研制柔性衬底钙钛矿电池以及钙钛矿电池/铜铟镓硒或硅异质结电池的高效叠层电池奠定基础。因此，本项目对促进高效钙钛矿电池的研制及其可持续发展，具有重要意义。

本项目旨在对具低成本、高效率潜力的钙钛矿太阳电池进行研究。本项目在现有基于Spiro-OMeTAD空穴传输层的钙钛矿太阳电池的研究基础上，进行新型无机空穴传输层的研究，并实现其在太阳电池中的应用。本项目利用 p 型纳米硅氧的横向和纵向电导率分别可控以及功函数灵活可调的特点，进行了低成本的无机P型纳米硅氧空穴传输层的钙钛矿太阳电池的研究，另也探讨了NiOx和CuSCN空穴传输层来替代Spiro-OMeTAD的研究，同时为了获得高效率、低成本的钙钛矿太阳电池，在ZnO和TiO2:H电子传输层方面也进行了相关的工作。研究了不同载流子传输层对钙钛矿薄膜的结构、光学和形貌等的影响，掌握了不同衬底钙钛矿薄膜的生长规律。同时也进行了纯无机载流子传输层的单结钙钛矿太阳电池的载流子输运机制的研究。研制的单结钙钛矿太阳电池的效率达到19.47%，纯无机载流子传输层的钙钛矿太阳电池的效率达到13.31%。基于本项目在平面型钙钛矿太阳电池方面积累的丰富经验，特别是对纳米硅氧材料的研究，为后续进行的钙钛矿/晶硅叠层太阳电池工作的开展奠定了非常好的基础。本项目发表SCI收录论文12篇，其中SCI一区8篇；申请发明专利2项；培养博士生4名，硕士生2名；主译著1部；举办国际论坛2次，参加国际会议2次。