高进伟课题组在钙钛矿太阳能电池研究中取得重要进展

近日，我校华南先进光电子研究院先进材料研究所高进伟教授课题组在钙钛矿太阳能电池方面取得重要研究进展，其研究成果分别在材料领域重要期刊《Advanced Functional Materials》（IF=15.62）和《ACS Applied Materials & Interfaces》（IF=8.456）刊出。硕士研究生吴夏艳、郭佳莉为以上论文的第一作者。高进伟教授、姜月副研究员、冯炎聪副研究员为通讯作者；刘俊明教授、Krzysztof Jan Kempa教授（我校特聘教授）、周国富教授等为合作作者，华南师范大学均为第一单位（如图1和图2）。

近年来，有机无机钙钛矿太阳能电池由于具有高转换效率、可溶液处理，可调控和低成本等优点，引来了广泛的研究兴趣。在电池器件中，稳定性是重要性能之一，这不仅要求钙钛矿吸收层具有较好的稳定性，同时也对器件（特别是柔性器件）的制备与转移工艺提出了较高要求。高进伟课题组针对以上问题，分别在稳定钙钛矿前驱体溶液和柔性器件转移工艺方面开展了创新性研究，取得了以下重要进展。

(1) 十八冠醚（18C6）助力高效稳定钙钛矿太阳能电池：三阳离子钙钛矿（Cs0.05(MA0.17FA0.83)0.95Pb(I0.83Br0.17)3）由于其出色的稳定性和光电性能而备受关注。然而，由于其固有的前驱体不稳定性以及晶体表面缺陷的存在，大大阻碍了其在高效太阳能电池的发展。本文开创性提出了一种稳定策略，即在钙钛矿前驱体溶液中引入1,4,7,10,13,16-hexaoxacyclooctadecane（18C6）添加剂。通过18C6处理后的钙钛矿前驱液稳定性大大提高（稳定保存一个月）；与此同时18C6小分子的存在对钙钛矿晶体表面的缺陷具有明显的钝化效果，显著提高了电池的开路电压和填充因子，实现了20.73％的光电转换效率。为了验证18C6在钙钛矿前驱体和薄膜中的作用，我们对其进行了密度泛函理论计算。实验和理论计算均表明，前驱液稳定性的增强和缺陷钝化效应与18C6和阳离子的相互作用有关，并进一步指出18C6/Pb复合物的存在对抑制PbI2的快速结晶和非钙钛矿δ-FAPbI3相的形成和降低缺陷态密度（例如不饱和Pb和I空位）起着重要作用（图3）（Advanced Functional Material, 2019，adfm. 201908613）。

(2) 高效柔性太阳能电池的无损转移方法：近年来虽然柔性钙钛矿电池取得了显著的进展，但其效率与刚性器件相距甚远。这不仅是因为柔性基底本身的物理性质对电池效率的限制，也与柔性钙钛矿电池制备过程中的成膜与后续器件的转移工艺密切相关。课题组创新性利用双面胶与环氧树脂的结合作为柔性基底的粘附介质，巧妙利用双面胶的保护膜层与胶层的弱粘附力，实现了柔性器件的无损伤转移。该转移方法轻便可循环，成本低廉；同时也适合运用于其他柔性电子产品的制备转移过程。利用该方法转移后的钙钛矿太阳能电池，其器件效率为16.55%，其中填充因子达到了72.21%，短路电流达到了21.46 mA/cm2（图4）。该转移工艺对后续柔性太阳能电池的制备提供了重要有效手段。（ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, acsami.9b18090）

高进伟课题组长期围绕柔性光电材料与器件开展研究，主要包括柔性透明导电材料、钙钛矿太阳能电池、以及其他柔性储能材料和器件等。近年来在《Nature Communications》、《Advanced Materials》、《Advanced Functional Materials》、《Advance in Physics》等材料与物理领域期刊公开发表论文70多篇，他引次数3600多次。此项研究得到国家自然科学基金委员会（NSFC）— 广东省人民政府联合基金重点项目支持。