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柔性鈣鈦礦太陽電池（f-PSCs）因其在消費級電子產(chǎn)品領域具有巨大的發(fā)展前景，受到了國內(nèi)外研究者們的廣泛關注。制備高性能的f-PSCs的關鍵是要在更粗糙以及不平整的柔性襯底表面上，沉積無針孔、致密和少缺陷的高質(zhì)量的鈣鈦礦結(jié)晶薄膜。


近日，暨南大學麥耀華教授團隊圍繞上述關鍵問題，首先，采用真空輔助結(jié)晶的刮涂加工工藝來制備FA基鈣鈦礦光伏器件，并使用DMF:NMP混合溶劑來延緩鈣鈦礦的結(jié)晶速率，從而獲得均勻致密的鈣鈦礦薄膜。之后，他們將一種胍的衍生物，4-胍基丁酸（GBA）作為添加劑加入到FA基鈣鈦礦的前驅(qū)體溶液中，利用GBA與PbI2間反應能生成2D鈣鈦礦的特點，制備了2D/3D異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦結(jié)晶薄膜。


進一步的研究顯示，薄膜中2D鈣鈦礦相是采用face-on的取向，垂直插入在3D鈣鈦礦的晶界處，很好的鈍化了原3D鈣鈦礦薄膜中的深能級缺陷，顯著的降低了鈣鈦礦薄膜中的非輻射復合，極大提升了器件的開路電壓（VOC）。最終，基于2D/3D結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦薄膜制備的剛性PSCs獲得了21.45%的效率，同時，f-PSCs的效率也達到20.16%。并且，相較于Reference器件，基于2D/3D結(jié)構(gòu)的f-PSCs也同樣展現(xiàn)出了更加優(yōu)異的抗彎曲性能。



為了體現(xiàn)刮涂的加工方式在制備大面積器件時的優(yōu)勢，他們分別制備了5 cm ×5 cm的由7個子電池串聯(lián)而成的剛性和柔性PSCs模組，分別獲得了16.03%和14.48%的光電轉(zhuǎn)化效率。

相關成果以“An Embedding 2D/3D Heterostructure Enables High-Performance FA-alloyed Flexible Perovskite Solar Cells with Efficiency over 20%”為題發(fā)表在國際權(quán)威刊物雜志《Advanced Science》上（IF=16.806），王禎博士后為文章的第一作者，郭飛研究員和麥耀華教授為文章的共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金，廣東省自然科學基金以及中央高?；究蒲袑ｍ椯Y金項目的支持。 

原標題：暨南大學麥耀華教授團隊2D/3D異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)助力柔性鈣鈦礦光伏器件效率突破20%