柔性鈣钛礦太陽電池（f-PSCs）因其在消費級電子産品領域具有巨大的發展前景，受到了國内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、緻密和少缺陷的高質量的鈣钛礦結晶薄膜。

近日，微電子學院新能源技術研究院麥耀華團隊對此問題的研究取得新成果，相關成果以“An Embedding 2D/3D Heterostructure Enables High-Performance FA-alloyed Flexible Perovskite Solar Cells with Efficiency over 20%”為題發表在國際權威刊物雜志《Advanced Science》上（IF=16.806），王祯博士後為文章的第一作者，郭飛研究員和麥耀華教授為文章的共同通訊作者。

在前期的工作中，麥耀華團隊報道了一種基于刮塗印刷工藝制備的高效f-PSCs，采用硫脲（TU）作為添加劑來調節鈣钛礦活性層的結晶形貌；之後又通過使用PEDOT:PSS/PTAA雙界面層與鈣钛礦材料之間形成“Cascade Level”的能級結構，從而大大減少了載流子在界面處的複合，極大提升了器件的FF。最終，制備的小面積（0.09 cm²）的柔性PSC的PCE達到19.41%，FF達到81%，這是目前報道的柔性PSC器件中最高的FF之一。該研究工作已經發表在《Advanced Functional Materials》雜志上(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202001240)。

最近，該團隊圍繞f-PSCs領域中的關鍵問題，首先，采用真空輔助結晶的刮塗加工工藝來制備FA基鈣钛礦光伏器件，并使用DMF:NMP混合溶劑來延緩鈣钛礦的結晶速率，從而獲得均勻緻密的鈣钛礦薄膜。之後，他們将一種胍的衍生物，4-胍基丁酸（GBA）作為添加劑加入到FA基鈣钛礦的前驅體溶液中，利用GBA與PbI₂間反應能生成2D鈣钛礦的特點，制備了2D/3D異質結結構的鈣钛礦結晶薄膜。

圖1 f-PSCs的器件結構及器件性能（左）和2D/3D鈣钛礦結構示意圖（右）

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

圖2（a）小面積柔性器件的J-V曲線和（b）相應的EQE曲線；（c）1 cm²的f-PSCs的器件性能；（d）柔性器件抗彎曲性能測試（彎曲半徑3 mm）；（e）柔性PSC模組照片和（f）相應的J-V曲線。

為了體現刮塗的加工方式在制備大面積器件時的優勢，他們分别制備了5 cm × 5 cm的由7個子電池串聯而成的剛性和柔性PSCs模組，分别獲得了16.03%和14.48%的光電轉化效率。

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校基本科研專項資金項目的支持。

原文鍊接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202101856