基于氧化锌纳米棒阵列的钙钛矿太阳能电池

【作者】 邰美倩； 赵星月； 林红；

【机构】 清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室；

【摘要】 氧化锌（ZnO）材料由于电子迁移率高、可低温制备等优点,是钙钛矿太阳能电池（PSC）中优良的电子传输层。目前其主要问题是ZnO的碱性易诱导有机胺离子的去质子反应,导致沉积在ZnO上的钙钛矿薄膜加热容易分解,限制了器件效率的提高和长期稳定性。本文以铝掺杂氧化锌（AZO）作为透明导电电极^[1]和籽晶层,用低温水浴法生长了高度垂直定向的ZnO纳米棒阵列,其能够加速电子的抽取和传输。基于AZO/ZnO纳米棒的甲胺铅碘钙钛矿器件获得了13.8%的转换效率。由于ZnO纳米棒通过低温制备,可用于柔性的钙钛矿电池器件,获得了7.8%的效率。其具有优异的弯折性能,以4mm半径弯折1000次后仍能保持初始效率的90%。通过有限元计算分析应力分布,发现电池优异的柔韧性来源于垂直生长的ZnO纳米棒阵列在弯曲时有利于应力的释放^[2]。为了解决ZnO上的钙钛矿薄膜加热易分解的问题,用更稳定的三元阳离子（CsFAMA）混合钙钛矿代替甲胺铅碘钙钛矿,并引入超薄的锡酸锌（Zn2SnO4, ZTO）层对ZnO纳米棒进行表面包覆,在隔绝ZnO与钙钛矿直接接触的同时能够钝化ZnO表面的缺陷。最终获得了最高效率18.3%的小面积（0.06 cm²）电池和14.6%的大面积（1 cm²）电池。电池器件表现出较好的环境稳定性^[3]。更多还原