摘要
近年来，钙钛矿太阳能电池 (PSCs) 由于具备能量转换效率高、成本低、可溶液法制备等优点，受到了科研工作者和产业界的广泛关注。PSCs虽然发展迅速，但钙钛矿薄膜中的缺陷仍是制约电池能量转换效率 (PCE) 提高的重要因素。有机-无机杂化钙钛矿材料是目前应用于PSCs中最常见的光吸收层材料，其合适的带隙结构为PSCs提供了高的电流密度。然而作为多晶薄膜，其制备过程中会不可避免产生大量晶界缺陷，这些缺陷会成为钙钛矿层中载流子非辐射复合中心，不利于器件的光伏性能。本文通过添加剂工程在钙钛矿晶界处引入有机聚合物 502 粘合剂、无机物硫化钾 (K2S)、溴化铜 (CuBr2) 等，分别对晶界处常见的水氧缺陷、Pb0缺陷和I空位缺陷等进行了修饰钝化，提高了电池的光伏性能和稳定性。具体工作主要内容如下： 502 粘合剂实现钙钛矿太阳能电池的晶界自愈合：将日常生活中使用的 502 粘合剂引入到钙钛矿前驱体中，利用502粘合剂遇水聚合的机理，使钙钛矿晶界产生自愈合，阻隔了水分入侵钙钛矿薄膜的通道。同时通过精确调控掺杂比例，改善了钙钛矿薄膜形貌，优化后器件的 PCE 从 17.30%提高到 20.12%，且没有明显的回滞现象。经过 502 粘合剂添加后的器件在大气环境中放置 1224 h 后仍能保持初始效率的 95%。 K2S钝化晶界提高钙钛矿薄膜光稳定性和器件效率：采用了K2S作为添加剂修饰了钙钛矿薄膜的晶界，通过电负性较强的S2-钝化了钙钛矿薄膜中由光照引起的Pb0缺陷，同时利用K2S与过量PbI2所生成的PbS进一步抑制晶界处的离子迁移，并增加钙钛矿薄膜的光生载流子数量。K2S 的引入可以有效降低钙钛矿薄膜的缺陷密度，并且提高电荷的传输效率。通过对钙钛矿薄膜进行光照老化测试，证明了K2S的加入对钙钛矿薄膜光稳定性具有实际意义。最终，钙钛矿太阳能电池的PCE从18.57%提高到20.47%、降低回滞效应、且提高了器件的环境稳定性。 CuBr2掺杂钙钛矿晶界钝化I空位缺陷：引入CuBr2到钙钛矿薄膜中来钝化钙钛矿晶界处的I空位缺陷。通过Cu2+和Br-在钙钛矿薄膜中的协同作用，降低已有Pb2+缺陷的同时抑制了新的I空位缺陷的形成。CuBr2的引入使钙钛矿薄膜中深能级缺陷减少，同时适量的Cu2+对钙钛矿表面形貌具有优化调控作用。优化后的器件具有更高的电流密度和开路电压， PCE 从18.53%提高到20.10%，并且改善了器件的回滞现象，经过钝化后的器件在大气环境中表现出了更高的稳定性。
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