一种稳定太阳能电池3D/2D钙钛矿异质结构的策略

由有机和无机材料制成的混合钙钛矿太阳能电池(PSC)是非常有前途的能源解决方案，可以帮助减少全球碳排放。近年来，这些电池的功率转换效率(PCE)显著提高，最终超过25%。

制造高效 PSC 的一个关键里程碑是使用 2D 和准 2D 修饰的 3D 钙钛矿异质结构(即由 3D 和 2D 钙钛矿材料组成的结构)。这些结构具有几个有利的品质，例如，它们能够钝化缺陷和有利的能带排列，这反过来又提高了电池的开路变化电压和填充因子。

3D/2D 异质结构通常是通过在 3D 钙钛矿材料上旋涂有机阳离子盐溶液并在其表面形成薄的 2D 钙钛矿层来创建的。然而，由于离子在2D钙钛矿表面和下面的块状3D钙钛矿之间的扩散，该过程在某些情况下可以促进异质结构的后续降解。

华中科技大学、武汉理工大学和多伦多大学的研究人员最近推出了一种制造更稳定的3D/2D异质结构的新方法，以防止其降解。他们的方法在《自然能源》上发表的一篇论文中介绍，需要在结构之间引入额外的层;3D 和 2D 钙钛矿层。

“表面2D和块状3D钙钛矿之间的离子扩散导致3D / 2D钙钛矿异质结构的降解，并限制了PSCs的长期稳定性，”Long Luo，Haipeng Zeng及其同事在他们的论文中写道。“我们在3D钙钛矿层的顶部加入交联聚合物(CLP)，然后通过蒸汽辅助两步工艺沉积2D钙钛矿层，形成3D / CLP / 2D钙钛矿异质结构。

从本质上讲，Luo，Zeng和他们的同事建议在3D / 2D异质结构中引入3D块状钙钛矿和2D表面钙钛矿之间的夹层。该中间膜由交联聚合物(CLP)制成，可以抑制离子扩散，而不会影响3D和2D钙钛矿层之间的电荷传输。

“光致发光光谱和厚度剖面元素分析表明，CLP通过抑制阳离子(甲酰胺，FA和4-氟苯乙基铵，4F-PEA)在2D和3D钙钛矿之间的扩散来稳定异质结构，”Luo和他的同事在他们的论文中解释说。++

为了测试他们更新的3D / 2D异质结构设计的有效性，研究人员使用它来创建一系列小面积太阳能电池以及迷你太阳能模块。这些电池和模块取得了显着的结果，因为它们看起来比具有传统3D / 2D异质结构设计的钙钛矿基电池和模块稳定得多。

“对于基于碳电极的设备，我们报告了效率为21.2%的小面积器件和效率为19.6%的微型模块，”罗和他的同事在他们的论文中写道。“设备在最大功率点跟踪和高温下的单太阳照明下运行 90，4 小时后，仍能保持 390% 的初始性能。”

未来，Luo和他的同事引入的新设计可以帮助稳定基于3D / 2D钙钛矿异质结构的太阳能电池，而不会影响其效率。此外，他们的研究可以激励其他团队设计类似的方法，在3D和2D钙钛矿层之间引入夹层，以防止离子扩散引起的降解。

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