自从钙钛矿材料用于光伏技术以来，经过十年的发展其全固态钙钛矿太阳能电池器件的认证效率已经超过25%，展示了较强的应用前景。目前用于钙钛矿太阳能电池器件的有机空穴传输材料主要有Spiro-OMeTAD和PTAA，虽然这两种空穴传输材料在钙钛矿光伏器件中展示了优异的性能，但是由于其制备过程较复杂提纯困难等原因造成其成本居高不下。并且想要获得高效率的光伏器件常常需在有机传输材料中加入掺杂剂以提高其迁移率，然而掺杂剂的加入不利于光伏器件长期稳定性的保持。而无机材料具有热稳定性好、载流子迁移率高等优点而备受关注，例如无机空穴传输材料氧化镍（NiOx）、无机电子传输材料氧化钛（TiO2）、氧化锌（ZnO）、五氧化二铌（Nb2O5）等在钙钛矿电池器件中展示了优异的性能。全无机钙钛矿光活性层相比于有机-无机杂化的钙钛矿光活性层具有更高的热稳定性等优势而得到了关注。目前高效的全无机钙钛矿电池器件常常使用有机空穴和有机电子传输材料，这类材料不利于全无机钙钛矿电池器件热稳定性和长期稳定性的保持。
基于上述因素的考虑，近期电子科技大学基础与前沿研究院李严波教授（点击查看介绍）团队提出了一种真正的全无机（organic-free）钙钛矿太阳能电池器件结构。该结构使用电子束蒸镀的NiOx和Nb2O5分别作为空穴传输层和电子传输层、无机钙钛矿CsPbI2Br作为光活性层，器件结构：ITO/NiOx/CsPbI2Br/Nb2O5/Ag。由于在室温下沉积的非晶Nb2O5薄膜具有较高的迁移率，而且电子束蒸镀较低的粒子束能量不会对钙钛矿光活性层造成破坏，器件最终展示了高达82.68%的填充因子和超过14%的功率转化效率。由于该器件结构不含任何的有机组分，将器件进行退火处理后其性能进一步得到提高，主要是将器件进行退火处理后器件结构中的缺陷态密度得到降低进而使效率得到了提升；而且将该全无机钙钛矿电池器件在100 ℃的高温下进行加热2小时后器件仍然保持了高效的性能。得益于电子束蒸镀可以制备大面积的NiOx空穴传输层和Nb2O5电子传输层，且全无机钙钛矿CsPbI2Br光活性层可以采用两步退火处理得到高质量大面积的光吸收层，该课题组制备得到了单个器件活性面积为5 cm2的电池，其功率转化效率达到了11.2%。
该工作发表在The Journal of Physical Chemistry Letters上，第一作者是电子科技大学博士后刘欣。该工作得到国家自然科学基金、四川省科技厅基金和中国博士后基金资助。
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Large-Area Organic-Free Perovskite Solar Cells with High Thermal Stability
Xin Liu, Yequan Xiao, Qiugui Zeng, Jiexuan Jiang, Yanbo Li
J. Phys. Chem. Lett., 2019, 10, 6382-6388, DOI: 10.1021/acs.jpclett.9b02644
导师介绍
李严波，电子科技大学基础与前沿研究院教授，国家青年特聘专家。2010年博士毕业于东京大学，2010-2016年分别于东京大学及美国劳伦斯-伯克利国家实验室从事博士后研究工作，2016年7月起就职于电子科技大学。研究领域主要包括光电转换相关的半导体材料与器件及其在太阳能电池、光电催化、光电探测等方面的应用。
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