摘要
钙钛矿太阳电池（PVSCs）凭借其低成本、高效率的优势被认定为最具有发展前景的光伏电池之一。迄今为止，PVSCs最高认证效率已达25.5%。其高效率主要归因于钙钛矿材料本身具有优异的光伏特性，例如较强的光吸收系数、较高的缺陷容忍度、较长的载流子扩散长度、较低的激子结合能以及可调的直接带隙。然而，这类电池较差的稳定性制约了其商业化的发展。钙钛矿薄膜的表面和晶界缺陷以及与传输层之间的界面缺陷是导致器件降解的主要原因。因此，寻找合适的策略来降低钙钛矿器件中的各类缺陷是制备高效稳定PVSCs的关键。 基于溶液法制备的钙钛矿薄膜不可避免地会产生大量的缺陷，其中主要包括点缺陷、晶界、表面和界面缺陷等。这类缺陷充当非辐射复合中心，严重影响载流子的传输，从而阻碍器件的效率和稳定性的进一步提升。尽管许多钝化剂已被证明可有效钝化钙钛矿薄膜中的各类缺陷，但关于钝化剂的不同添加方式对钙钛矿薄膜的影响依旧缺乏深入的理解。在本文中，我们选用非富勒烯有机小分子（F8IC）作为钝化剂，系统地研究了反溶剂滴加和添加剂掺杂策略对钙钛矿薄膜缺陷钝化效果的影响。F8IC对缺陷的钝化归因于其羰基和氰基基团与甲胺铅碘（MAPbI3）中未配位的Pb2+鳌合作用。研究结果表明，反溶剂滴加F8IC的添加方式仅钝化钙钛矿的表面缺陷，从而抑制钙钛矿薄膜上层的电荷非辐射复合。而添加剂掺杂F8IC则显著减少了钙钛矿的表面缺陷和本征缺陷，得到缺陷态更少且更致密的钙钛矿薄膜，从而促进电荷的传输和提取。这些作用使得器件短路电流（Jsc）从20.59mAcm-2显著提升至21.86mAcm-2，能量转换效率（PCE）从16.19%提升至18.40%，器件稳定性也得到一定的改善。此外，我们发现，只有当钝化分子的能级与钙钛矿能级接近时，添加剂掺杂才是最优添加方式。基于此，在选择钝化剂的添加方式时，还需要根据钝化剂和钙钛矿之间的能级匹配来选择最佳钝化策略。 氧化镍（NiOx）基钙钛矿太阳电池中NiOx表面的Ni3+金属阳离子和钙钛矿中A位阳离子盐之间的界面氧化还原反应通常被忽略。这种不良的反应会在界面处产生富PbI2的空穴提取屏障，阻碍空穴的传输，增加电荷的复合，导致器件开路电压（Voc）损失。此外，界面氧化还原反应的存在会诱导钙钛矿中的甲胺离子去质子化和碘离子被氧化的过程，加速钙钛矿薄膜的降解，影响器件的稳定性。本文通过在NiOx表面引入三羟甲基丙烷三（2-甲基-1-氮杂环丙烷丙酸酯）（SaC-100）修饰层的策略，同时实现了界面氧化还原反应阻隔和表面改性的效果。研究结果表明，SaC-100的引入不仅增加了Ni3+/Ni2+的比例，提高了NiOx的电导率，还抑制了Ni3+与A位阳离子盐之间的界面氧化还原反应，减少了界面缺陷态密度，有利于空穴的提取和传输，减少器件的开路电压损失。此外，界面间的能级排列以及钙钛矿的薄膜质量也得到改善。因此，相较于标样器件的PCE为17.54%，其中Voc为1.06V，Jsc为21.29mAcm-2，FF为78.09%，SaC-100优化后的器件PCE高达20.21%，其中Voc提升至1.11V，Jsc为22.37mAcm-2,FF为81.36%,并且钙钛矿器件呈现出增强的光稳定性和热稳定性，这归因于SaC-100对界面氧化还原反应的阻隔作用和缺陷钝化作用。
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