摘要
近十年来，钙钛矿太阳电池一直是光伏领域较热门的研究方向。由于钙钛矿材料本身优异的光电性质，使得钙钛矿太阳电池器件的光电性能在近年来突飞猛进。与此同时，其较差的稳定性又制约着钙钛矿太阳电池的商业化发展。在外界水氧环境影响下，钙钛矿太阳电池内部功能层很容易发生降解，从而导致器件性能损失。为解决这一难题，研究人员开发出界面工程、组分工程、添加剂工程、封装工程等技术手段增强器件的湿度稳定性。 本研究结合界面工程及封装工程技术手段，在钙钛矿器件内部制备水汽隔绝层、器件外部制备薄膜封装层，利用其协同作用来提升器件的长期湿度稳定性。首先，本研究利用前驱体材料的性质和原子层沉积(atomiclayerdeposition,ALD)工艺的优势，在低温100℃下制备了由SiAlxOy和SiO2组成的致密无缺陷的双层水汽隔绝屏障。其中，先沉积致密的SiAlxOy为后续SiO2的沉积提供了充足的自限制反应位点，从而在较低的温度下沉积出更均匀致密的SiO2层，更好地形成双重阻水屏障。这种双层水汽隔绝屏障可以有效隔绝外部水汽，阻止其侵蚀钙钛矿器件内部的功能层，抑制钙钛矿分解产物和离子在器件内部的迁移，提高器件的湿度稳定性。此外，SiAlxOy/SiO2双层水汽隔绝屏障能够优化器件的能级排布，有利于载流子在界面间的传输，进一步提高器件的光电转换效率。在此基础上，本研究再次利用ALD技术将SiO2薄膜作为器件封装层,使得器件的性能得到进一步优化。因此，同时含有双层水汽隔绝屏障以及薄膜封装层的器件，其光电转换效率由未进行任何处理的原始器件的17.08％提升到19.42％;并在25℃、35±5％RH的条件下老化3000小时后，器件仍保持初始效率的90％以上，表现出优异的湿度稳定性。与此同时，SiAlxOy/SiO2双层水汽隔绝屏障和SiO2薄膜封装层在1cm2大面积钙钛矿太阳电池器件中应用后仍然具备优异的性能，表现出其具备大面积工业化实际应用的潜力，为钙钛矿太阳电池商业化发展奠定重要基础。
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