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有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料由于優(yōu)異的光電性能和低廉的制造成本而受到科研工作者的廣泛關(guān)注，基于鈣鈦礦材料的太陽(yáng)能電池在短短幾年內(nèi)，光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)突破22%，成為光伏領(lǐng)域的一顆新星。然而，鈣鈦礦型材料耐水性差，限制了其商業(yè)化應(yīng)用前景。因此，在項(xiàng)本工作中，科學(xué)家們通過原子層沉積技術(shù)（ALD）制備了金屬氧化物層應(yīng)用于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件中，取得了在極端條件下都相對(duì)穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件，為鈣鈦礦的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

近日來(lái)，來(lái)自南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)材料研究院的陳志寬教授團(tuán)隊(duì)在ACS Applied Materials & Interfaces上發(fā)表了題為“Low Temperature Atomic Layer Deposition of Metal Oxides Layers for Perovskite Solar Cells with High Efficiency and Stability under Harsh Environmental Conditions”的文章。陳飛研究員、張輝副研究員為共同通訊作者，文章的第一作者為博士生呂宜璠（Yifan Lv）。文章中，作者在倒置器件：ITO/NiO/MAPbI₃/PC₆₁BM/Ag中，通過低溫原子沉積技術(shù)在PCBM與銀電極之間引入一層致密的TiO₂，研究發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的ALD工藝對(duì)器件和鈣鈦礦層沒有任何破壞，而插入的TiO₂界面層可明顯提高電極界面處的穩(wěn)定性，同時(shí)減少載流子在該界面出的復(fù)合并將器件效率從16.4%提升至18.3%，；另外，作者開發(fā)了一種復(fù)合型的ALD Al₂O₃作為器件的封裝層，60nm的Al₂O₃封裝后的器件展現(xiàn)了非常好的耐水穩(wěn)定性，封裝后的器件在放置于空氣中（濕度：40%-50%）1000小時(shí)后，光電轉(zhuǎn)化效率基本保持不變，將器件在水中浸泡2小時(shí)仍能保持95%以上的原始效率。

鈣鈦礦上沉積不同循環(huán)數(shù)TiO₂樣品的電子能譜分析：a)Ti2p, b) O1s, c) Pb4f, d)Pb4f_7/2。

器件的 a) J-V 曲線, b) 穩(wěn)態(tài)光電流及效率。

1. 鈣鈦礦 b) 鈣鈦礦/PC₆₁BM c) 鈣鈦礦/PC₆₁BM/2 nm ALD TiO₂的AFM形貌圖；鈣鈦礦, 鈣鈦礦/PC₆₁BM, 鈣鈦礦/PC₆₁BM/2 nm ALD TiO₂的a) 熒光, b) 瞬態(tài)熒光測(cè)試結(jié)果。

a)不同結(jié)構(gòu)器件在空氣中的穩(wěn)定性；

b)Al₂O₃中水的擴(kuò)散機(jī)理，以及中間體保護(hù)器件的機(jī)理；

c) 浸泡在去水中時(shí)器件的穩(wěn)定性；

d) 浸泡在去水中時(shí)器件的穩(wěn)態(tài)光電流測(cè)試。

該團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了原子層沉積工藝，并通過原子層沉積技術(shù)在無(wú)損鈣鈦礦的情況下，在鈣鈦礦上表面成功的引入了TiO₂和Al₂O₃；通過引入了TiO₂界面層，將器件效率從16.4%提升至18.3%；通過引入Al₂O₃封裝層，極大的提升了器件穩(wěn)定性，為鈣鈦礦的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。