金属電極に微小キャビティ構造を組み込んだ上部照らされたヒステリシスのないペロブスカイト太陽電池：実験的および理論的アプローチを組み合わせた

ペロブスカイト太陽電池（PSC）のさらなる技術開発には、低い材料コストと単純な製造を維持しながら、電力変換効率と安定性の改善が必要です。この研究記事では、活性層に両側の金属層が活性層に光干渉効果を発揮し、アクティブ層内の光経路長を潜在的に増加させる、微小遮蔽構造を特徴とする、微小照射されたITOフリーの安定したPSCについて説明します。PSCデバイス内の各層の光学定数（屈折率と絶滅係数）を測定し、伝達マトリックス法を使用して光学フィールド強度分布をシミュレートしました。さまざまな厚さのペロブスカイト層の光電流密度もシミュレートされました。これらの結果は、実験値を非常によく模倣しています。空洞電極表面を修飾するために、Agとポリ（3,4-エチレンジオキシチオフェン）の間に超薄型MOO3（2、4、および6 nm）の数ナノメートルを堆積させました。AGの作業関数を表面化して上げて、穴の輸送層の機能に合わせます。MOO3の4 nm厚の層を含むデバイスで、ヒステリシスなしで13.54％の電力変換効率（PCE）を達成しました。さらに、これらのデバイスをさまざまな空洞電極（Al、Ag、Au、Cu）に製造しました。CuおよびAuアノードを使用して準備されたものは、最大72日間のデバイスの安定性が改善されました。さらに、基質として微小キャビティ構造をポリ（エチレンテレフタレート）に組み込んだ後、1​​2.81％のPCEを備えた柔軟なPSCを準備しました。これらの柔軟な太陽電池は、曲げ変形に対して優れた安定性を示し、1000の曲げサイクル後に94％を超える安定性を維持し、2500の曲げ半径が5 mmで実行された後、85％を超えました。

Further technological development of perovskite solar cells (PSCs) will require improvements in power conversion efficiency and stability, while maintaining low material costs and simple fabrication. In this Research Article, we describe top-illuminated ITO-free, stable PSCs featuring microcavity structures, wherein metal layers on both sides on the active layers exerted light interference effects in the active layer, potentially increasing the light path length inside the active layer. The optical constants (refractive index and extinction coefficient) of each layer in the PSC devices were measured, while the optical field intensity distribution was simulated using the transfer matrix method. The photocurrent densities of perovskite layers of various thicknesses were also simulated; these results mimic our experimental values exceptionally well. To modify the cavity electrode surface, we deposited a few nanometers of ultrathin MoO3 (2, 4, and 6 nm) in between the Ag and poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrenesulfonate (PEDOT:PSS) layers provide hydrophobicity to the Ag surface and elevate the work function of Ag to match that of the hole transport layer. We achieved a power conversion efficiency (PCE) of 13.54% without hysteresis in the device containing a 4 nm-thick layer of MoO3. In addition, we fabricated these devices on various cavity electrodes (Al, Ag, Au, Cu); those prepared using Cu and Au anodes displayed improved device stability of up to 72 days. Furthermore, we prepared flexible PSCs having a PCE of 12.81% after incorporating the microcavity structures onto poly(ethylene terephthalate) as the substrate. These flexible solar cells displayed excellent stability against bending deformation, maintaining greater than 94% stability after 1000 bending cycles and greater than 85% after 2500 bending cycles performed with a bending radius of 5 mm.