UNIST的一组研究人员提出了一种新型电极，可以极大地提高钙钛矿太阳能电池(PSCs)的稳定性。由于成本低、功率转换效率高，PSCs最有希望成为下一代太阳能电池的候选者。这是因为在金属基电极和钙钛矿膜之间插入一层保护层可以防止金属诱导的降解，而石墨烯作为保护层可以有效抑制金属和卤化物离子的扩散。
这项突破是由UNIST的能源和化学工程学院的Park Hyesung教授和他的研究团队领导的。在他们的工作中，研究小组开发了一种柔性的基于金属网格的混合电极平台，它使用了一个铜网格嵌入聚酰亚胺(CEP)薄膜和一个石墨烯片作为保护层(GCEP)，它具有高导电性、优异的化学稳定性和机械耐久性。这一进展证明了石墨烯作为保护层的关键作用，可以防止金属诱导的降解以及电极与钙钛矿层之间的卤化物扩散。
金属氧化物基电极(ITOs)已被用作传统的透明导电电极，但由于其不灵活，容易断裂或断裂，因此不适合用于可穿戴设备的应用。特别是金属基透明导电电极(TCE)应用于PSCs的主要障碍是金属和卤化物离子在金属电极和钙钛矿层之间的相互扩散引起的降解。
研究人员通过在金属电极/钙钛矿层界面插入石墨烯片作为保护层解决了这个问题。石墨烯具有很高的导电性，这使得电子可以很容易地通过它。然而，石墨烯优异的渗透性阻止了甚至最小的分子的渗透。
“石墨烯可以是一种有效的扩散障碍如果加上金属纳米结构有突出的不渗透性卤化金属和离子扩散的金属电极/钙钛矿层界面,提高电荷收集的空白间距金属纳米结构,最小损失的光学透过率作为防护层由于其光学透明度高,和改进的机械耐久性混合电极,”研究小组指出。
研究人员使用这种透明柔性混合电极制备了柔性金属tce基PSCs，获得了良好的化学和机械稳定性。该装置达到了高PCE(16.4%)，可与其itbased刚性对应物(17.5%)相媲美。他们还证实了石墨烯层通过防止金属和卤化物离子的相互扩散来确保太阳能电池的化学稳定性。此外，GCEP电极通过阻断紫外(UV)光和近紫外光，提高了PSC的光稳定性。即使在1000小时后，它也能保持97.5%以上的初始效率。此外，经过5000次弯曲试验，机械耐久性良好，可保持94%的初始效率，适用于下一代穿戴设备。
Gyujeong Jeong(结合M.S/Ph.D.)说:“这篇论文证明在金属电极和钙钛矿膜之间插入一层保护层可以防止金属诱导的降解，石墨烯作为这样一层，可以有效抑制金属和卤化物离子的扩散。”能源与化学工程专业(UNISt)，第一作者。
“新方法显著提高了PSCs的效率和稳定性，”帕克教授说。“这项工作提供了一个有效的策略来设计在PSCs中机械和化学上稳健的无ito金属辅助TCE平台。”