摘要
近年来，钙钛矿太阳电池（PVSCs）凭借其低成本、高效率等优势逐渐成为光伏领域中最具有发展潜力太阳电池技术，其最高认证光电转换效率（PCE）已达到25.5%，可与商业化硅基太阳电池相媲美。为了获得高性能的PVSCs器件，许多研究都集中在钙钛矿化学成分的调节和电荷传输层的优化上。但是，钙钛矿与电荷传输层的界面失配是决定器件效率和稳定性的一个不可忽视的问题。氧化镍（NiOx）纳米晶体作为一种很有前途的稳定性好的空穴传输层（HTL），应用在倒置PVSCs中通常可以获得较小的迟滞，并能很好地与柔性或串联结构协同工作。然而，NiOx纳米粒子（NPs）易团聚的特性以及与钙钛矿接触界面的不良反应限制了高性能倒置钙钛矿器件的制备。因此，解决这些问题对于NiOx基PVSCs的性能提升和商业化应用具有重要意义。 在NiOx基钙钛矿太阳电池中，NiOx表面的Ni3+和钙钛矿中A位阳离子盐之间会发生不良的界面反应。而这种有害的氧化还原反应会在NiOx/钙钛矿界面处生成富PbI2的空穴提取屏障，阻碍空穴的传输，进而造成器件开路电压（Voc）损失。与此同时，NiOx和钙钛矿晶格不一致的热膨胀系数也会导致薄膜中产生较大拉伸应变，损害钙钛矿的微观结构并加速钙钛矿的降解。因此，界面晶格错配和不良反应是阻碍NiOx基PVSCs发展的关键问题之一。这里首次采用对氯苯磺酸（CBSA）自组装小分子（SASMs）锚定NiOx和钙钛矿晶体，实现双重钝化。SASMs的氯（-Cl）端可为钙钛矿提供生长位点，释放界面应变。SASMs中的磺酸（-SO3H）基团可以钝化NiOx的表面缺陷，有利于载流子的萃取。此外，自组装层通过阻止NiOx与钙钛矿的接触，抑制了不良的界面反应。在这种优化情况下，基于NiOx/CBSA的PVSCs获得21.8%的能量转换效率。相应未封装器件分别在N2中保存3000h、在相对湿度50-70%的空气中保存1000h、在85℃加热800h后，均能保持初始PCE值的80%以上。 此外，NiOxNPs固有的易团聚现象是阻碍获得大面积均一钙钛矿膜的关键因素之一。我们提出一种通过引入NiOx生长模板来合成高结晶度和良好分散性的NiOxNPs的策略。具有不同烷基链长的咪唑阳离子（CnMIm+）可以通过静电力吸附在NiOx中O2-表面。而在咪唑环上的N-H的H原子与O-Ni上的氧原子之间可以形成氢键，并扩展成氢键网络，成为NiOx生长的模板。同时，离子液体的存在不仅抑制了NiOxNPs在分散过程中的二次聚集，还可作为后续钙钛矿生长的诱导平台，提高钙钛矿的晶体质量。因此，基于NiOx-ILs的PVSCs实现了21.7%的功率转换效率。总之，这一策略为大面积制备高性能的NiOx基PVSCs提供了可能性，从而促进稳定、高效的反式结构钙钛矿器件的发展。
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