南方科大&中科大最新Nature：鈣鈦礦太陽能電池界面鈍化取得重要突破

虛谷納物 1個月前 (05-25) 755瀏覽

一、導讀

鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)在過去十年中取得了重要的進展，其功率轉換效率(PCE)超過25%，可分為正常和倒置兩種器件類型。面對即將到來的投資，技術方向的選擇占主導地位。高效的普通器件不可避免地會受到不可或缺和摻雜Spiro-OMeTAD空穴傳輸層(HTL)的影響。倒置器件具有更簡單的器件結構和更多的html材料選擇。然而，對于HTL，諸如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸鹽)和聚(三胺)等聚合物也受到光和熱誘導降解以及水分破壞的影響。常用的無機NiO HTL材料會與鈣鈦礦發生反應，導致界面分解。為了解決上述問題，不預先沉積HTL的倒置PSCs避免了HTL材料的降解和界面分解，并降低了材料和相關制造工藝的成本。在該器件結構中，鈣鈦礦薄膜原則上應為p型，并與電子傳輸層(ETL)(如C60及其衍生物)構建pn結，以分離e-h對。采用四氰喹啉、CuSCN和Cu(硫脲)等p摻雜劑可以完成對p型鈣鈦礦薄膜的調制，并通過鈣鈦礦/ITO界面處的能帶彎曲導致有效的空穴提取。然而，在這些鈣鈦礦/ITO肖特基觸點上的載流子輸運行為和p摻雜劑的空間分布很少被研究，并且它們的器件性能不如常規的倒置PSCs。另外，未鈍化的鈣鈦礦晶界充滿了深層圈閉。因此，需要了解磷摻雜分子在ITO上形成鈣鈦礦膜和器件能級排列方面的工作機制。只有在此基礎上，才能設計p摻雜劑的分子結構，以實現器件性能的進步。

二、成果掠影

最近，來自南方科技大學的何祝兵教授和中國科技大學的陳濤教授報道了一種基于二甲基吖啶的分子摻雜工藝，該工藝構建了一個匹配良好的p-鈣鈦礦/ITO接觸，并實現了晶界的全面鈍化，獲得了25.39%的認證功率轉換效率(PCE)。在氯苯淬火結晶過程中，分子從前驅體溶液擠壓到晶界和薄膜底表面，分子的去質子化磷酸基團與鈣鈦礦的多碘化鉛之間的核配位配合物既負責機械吸收又負責電子電荷轉移，導致鈣鈦礦膜的p型摻雜。本文設計的器件的PCE為25.86%，并且器件在光浸泡1000小時后保持了初始PCE的96.6%。相關成果以“Inverted perovskite solar cells using dimethylacridine-based dopants”為題發表在Nature期刊上。