阳军亮教授与丁黎明教授团队合作SMALL：构建多功能2D钙钛矿界面层实现光电转换效率超过21%的柔性钙钛矿太阳电池- 大数跨境

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阳军亮教授与丁黎明教授团队合作SMALL：构建多功能2D钙钛矿界面层实现光电转换效率超过21%的柔性钙钛矿太阳电池

科学材料站

2021-07-05

导读：该工作在3D钙钛矿薄膜上构建一层多功能2D钙钛矿(CF3PEA)2FA2Pb3I10修饰层，调控了3D钙钛矿层与空穴传输层间能级

文章信息

构建多功能2D钙钛矿界面层实现光电转换效率超过21%的柔性钙钛矿太阳电池

第一作者：龙操玉

通讯作者：阳军亮*，丁黎明*

单位：中南大学，国家纳米科学中心

研究背景

柔性和轻质光伏在柔性能源系统和移动能源系统中具有巨大的商业前景，可为航空航天、智能建筑、汽车以及可穿戴和便携式电子产品等智能设备供电。

在众多柔性光伏中，柔性钙钛矿太阳电池以高效、低成本、可低温和大规模印刷制备等特点而成为新型太阳电池中的明星。然而，与刚性器件相比，柔性钙钛矿太阳电池能量转换效率较低，限制了其发展和应用。

文章简介

基于此，中南大学阳军亮教授团队与国家纳米科学中心丁黎明教授团队合作，在国际知名期刊 Small 上发表题为“Creating a Dual-Functional 2D Perovskite Layer at the Interface to Enhance the Performance of Flexible Perovskite Solar Cells”的研究成果。

该工作在3D钙钛矿薄膜上构建一层多功能2D钙钛矿(CF3PEA)2FA2Pb3I10修饰层，调控了3D钙钛矿层与空穴传输层间能级，减小了3D钙钛矿层和空穴传输层的能量损失，钝化了3D钙钛矿层表面缺陷，形成的2D/3D柔性钙钛矿太阳电池展现了高达21.10%的能量转换效率（认证效率20.5%）及良好的湿度稳定性。该研究工作为制备高性能柔性钙钛矿太阳电池提供了一条新的思路。

本文要点

要点一：2D钙钛矿层修饰3D钙钛矿与空穴传输层（HTL）间能级结构

通过PL表征可知，在2D/3D/HTL结构中，2D钙钛矿可以极大促进PL淬灭。因为2D钙钛矿促使了3D钙钛矿电荷向HTL层转移；通过UPS测试可知，提升电荷转移机理是2D钙钛矿价带正好处在3D钙钛矿和HTL（图中Spiro-OMeTAD）之间，减小了电荷传输能量损失，促进了电荷转移。

图1：3D/HTL和2D/3D/HTL的（a)稳态和（b)瞬态PL图及UPS图（c)和能带示意图（d)。

要点二：2D钙钛矿层钝化了3D钙钛矿层表面缺陷

通过无空穴传输层覆盖的3D和2D/3D的PL结果，可以看到2D钙钛矿提高了PL的发光强度和寿命，说明2D钙钛矿钝化了3D钙钛矿表面的缺陷，减少了电荷复合。

同时，基于暗电流曲线拟合出的SCLC曲线也可以得出同样的结论。

图2: 3D钙钛矿和2D/3D钙钛矿的PL及SCLC曲线。

要点三：效率超过21%的柔性钙钛矿太阳电池

通过引入多功能的2D钙钛矿修饰层，优化后的PEN/ITO/SnO2/3D/2D/Spiro-OMeTAD/Ag柔性器件展现了高达21.10%的器件效率（中国计量科学研究院认证效率20.5%），是目前柔性钙钛矿太阳电池最高效率之一。

此外，疏水的2D钙钛矿层保护了下层的3D钙钛矿层，因此也提高了器件的稳定性。

文章链接

Creating a Dual-Functional 2D Perovskite Layer at the Interface to Enhance the Performance of Flexible Perovskite Solar Cells

https://doi.org/10.1002/smll.202102368.

通讯作者介绍

阳军亮教授，博士生导师，中南大学物理与电子学院副院长，柔性印刷电子团队负责人。国家四青人才、湖南省领军人才、教育部新世纪优秀人才。湘潭大学学士，中国科学院长春应用化学研究所博士。

先后在英国华威大学、澳大利亚墨尔本大学及联邦科学与工业研究组织从事研究工作，2012年引进回国到中南大学工作。在Sci. Bull, Chem. Rev., AM, AEM, AFM, ACS Nano, Small, APL 等国际期刊发表论文210余篇（第一/通讯作者120余篇），SCI 引用5600余次，H-index为43；申请国家专利25项（授权16项），专利技术转让4项。主持国家重点专项课题、国家自然科学基金项目、湖南省杰青项目、湖南省科技攻关项目及公司合作项目等20余项。主要研究领域柔性印刷电子及薄膜太阳电池。

丁黎明教授，国家纳米科学中心研究员，博导。

1996年中国科大高分子科学博士学位（长春应化所联合培养）。1998-2009先后在瑞典Linköping大学、美国国家高分子研究中心（麻省大学）、美国Wright-Patterson空军基地、美国Argonne国家实验室、美国Konarka公司等从事有机光电材料和器件研究。2010年加入国家纳米科学中心（百人计划引进）。目前研究工作包括有机太阳电池、钙钛矿太阳电池、光探测器。丁黎明教授是RSC Fellow，JoS副主编，Sci Bull副主编， Mater Chem Front顾问委员会委员， 2017科技部有机太阳电池重大研发计划首席科学家，科学探索奖提名人。在Angew, Sci Bull, JoS，Science, Nature Comm, Joule, EES, Nano Energy, AEM, AM, AS, AFM等科学期刊发表研究论文317篇，专利9项。目前担任中南大学、东南大学、武汉理工大学等大学的客座教授。

第一作者介绍

龙操玉，中南大学物理与电子学院2019级博士生。

课题组介绍

中南大学柔性印刷电子团队 (Flexible and Printed Electronics Group)

柔性印刷电子是一个多学科交叉发展的新兴领域，涉及到材料、物理、信息、电子、工程等学科，基于高效、低成本印刷制造技术制备的电子器件及集成系统展示出独特的柔性和延展性，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景，如柔性显示、薄膜太阳电池、无线射频标签、可穿戴电子、人工皮肤等。中南大学柔性印刷电子团队成立于2012年，团队负责人阳军亮教授，主要聚焦于柔性电子和印刷电子，围绕柔性印刷电子材料、器件及系统集成等方面开展研究工作。

团队网页：http://www.fpe-lab.com

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Email: junliang.yang@csu.edu.cn