高取向钙钛矿薄膜的可控制备及其器件光伏特性的研究

　　薄膜太阳电池具有重量小、厚度薄、可卷曲、制备成本低等优势，具有广阔的市场空间。作为薄膜太阳电池的杰出代表，新型钙钛矿太阳电池（PSCs）在光伏领域掀起了一场崭新的科技革命。传统多晶钙钛矿薄膜具有缺陷态密度高、迁移率低、结构稳定性差等问题，影响了PSCs器件的热稳定性和光电转换性能。 

　　该研究组创新性地合成了高取向性水合物前驱体晶体（MA2.5PbI3Cl1.5·2H2O），诱导得到了高取向性的钙钛矿薄膜，在此基础上研究了PSCs的光伏特性。PbI2和MAI前驱体在潮湿空气中生长得到了二维取向的水合物前驱体晶体。水合物前驱体晶体诱导生长的无应力残留的钙钛矿薄膜在受热过程中不会因为应力释放产生新的薄膜缺陷，提高了薄膜的热稳定性。基于此薄膜的PSCs器件在70 oC热稳定测试过程中，器件效率保持率为80%，相比传统一步法器件效率的保持率（55%）有了明显提高。该方法得到的钙钛矿薄膜具有较高结晶性，并且沿<110>和<220>晶面方向具有较高取向性，较少的缺陷态密度，基于此的PSCs器件效率达到了16.9%。 

　　传统一步法在成膜过程中的中间产物之一为PbI2，PbI2诱导的晶格插入反应会造成晶格大尺度膨胀，从而降低晶体的结晶性和取向性，薄膜残留应力。相反，水合物前驱体晶体在退火过程中仅生成高结晶性的中间产物MAPbCl3，通过卤素交换过程得到MAPbI3-xClx钙钛矿薄膜，该过程晶格畸变较小，薄膜不容易残留应力。利用北京同步辐射装置（BSRF）1W1A-漫散射实验站技术所获得的结果进一步表明该方法得到的薄膜无明显薄膜应力残留，并在此基础上进一步对成膜过程进行分析。 

　　这个研究通过水合物前驱体的诱导生长，得到了热稳定性较高的钙钛矿薄膜及其钙钛矿太阳能电池器件。为制备高晶体质量的钙钛矿薄膜及器件提供了新方法。相关结果已经发表到Advanced Energy Materials, 2016, 1601433。

　　发表文章： 

　　Wenzhe Li, Jiandong Fan,* Yaohua Mai, and Liduo Wang*, Aquointermediate Assisted Highly Orientated Perovskite Thin Films toward Thermally Stable and Efficient Solar Cells. Adv. Energy Mater. 2016, 1601433.