基于碳膜电极的柔性钙钛矿电池

【摘要】：作为一种新型光伏技术,钙钛矿型太阳能电池具有高效率、低成本、易制备的优点。而进一步将钙钛矿电池柔性化,又可以赋予其轻质、可弯折的特性,便于与传感器、显示器等用电设备直接结合使用,是钙钛矿电池走向实际应用的一个重要方向。然而,目前基于柔性钙钛矿太阳能电池的低成本化研究还比较少。尤其是在对电极材料的选择上,一般使用真空蒸镀的贵金属作为对电极,这使得钙钛矿电池的原料、设备成本大幅增加。导电碳材料作为替代电极,在刚性导电玻璃基底的钙钛矿电池上,已经有了较为广泛的应用。但在柔性器件中,由于制备工艺的限制,目前的报道中,只有碳纳米管等新型非廉价的碳材料才能实现较好的器件性能。这里,我们制备了基于碳电极的n-i-p型柔性钙钛矿太阳能电池,具体的器件结构为:PET/ITO/SnO_2+PCBM/钙钛矿/Spiro-OMeTAD/碳电极。其中,碳电极是使用压力转移法,将预先做好的导电碳膜贴合在电池上的。这种由石墨和碳黑组成的碳膜,具有柔性、低成本、低温、无溶剂过程的优点。在小面积器件的实验中,最终获得了10.74%的光电转换效率,其中短路电流密度J_(sc)为19.53mAcm~(-2),开路电压V_(oc)为0.954V,填充因子FF为0.577。器件性能与蒸镀Au电极的对照组非常接近(光电转换效率11.47%,J_(sc)为19.84mAcm~(-2),V_(oc)为1.008V,FF为0.574),显示出这种碳膜电极的优异性能。此外,我们还进一步制备了大面积(1cm~2)的柔性器件,获得了8.74%的效率,其J_(sc)为15.69mAcm~(-2),V_(oc)为1.103V,FF为0.55。这一初步结果表明,碳膜电极可以作为蒸镀贵金属的良好替代品,用于柔性钙钛矿电池中。在后续研究中,我们将继续优化相关工艺,致力于提高基于碳膜电极的柔性钙钛矿电池的有效面积、转换效率和稳定性。