摘要
近年来，具有卓越光伏性能的钙钛矿太阳能电池（PSCs）技术已被认为是太阳能电池领域最具革命性和发展潜力的技术之一。如今，PSCs的最优认证光电转化效率已经达到了25.8%，然而贵金属电极的使用阻碍了PSCs的商业化进程。价廉、稳定的碳电极无疑成为Au、Cu等电极的首选替代者，但是现阶段碳基钙钛矿太阳能电池（C-PSCs）的光伏性能仍与贵金属电极器件存在明显差距，主要是由于钙钛矿活性层（PVK）不理想的结晶以及电子传输层（ETL）/PVK异质结界面不理想的界面接触和缺陷的存在，使器件内部发生严重的非辐射复合，进而使PSCs性能下降。因此，本工作围绕钙钛矿活性层的结晶调控、缺陷钝化以及ETL/PVK埋底界面的修饰展开。通过优选添加剂和界面修饰材料，制备高质量钙钛矿薄膜，提升ETL/PVK界面的电荷传输率，进而提升C-PSCs的光伏性能和稳定性。 （1）通过向三元混合阳离子Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.95Pb(I0.83Br0.17)3钙钛矿前驱液中引入二乙基二硫代氨基甲酸-2-苯并噻唑酯（BRN）作为添加剂分子，采用更稳定、价廉的CuSCN无机空穴传输层和碳电极替代传统Spiro-OMeTAD有机空穴传输层和Au电极，最终，介观碳基钙钛矿太阳能电池实现了14.43%的最优效率（PCE），稳定性大幅提升。研究表明，BRN分子有效钝化了配位不足的Pb2+缺陷，抑制了深能级缺陷的产生；同时调控了钙钛矿薄膜的结晶速率，使薄膜晶界密度降低、晶粒尺寸增大，载流子传输得到改善，器件的短路电流密度显著提升。此外，BRN分子的烷基链以及钙钛矿结晶质量的提升提升了薄膜的稳定性。 （2）从钙钛矿组分优化和结晶调控的角度出发，选取具有羧基、三氟甲基的多官能团有机钾盐三氟乙酸钾（KTFA）作为多功能添加剂参与钙钛矿活性层的结晶过程。经分析，KTFA通过参与钙钛矿晶体的形成，使器件内部的迟滞效应得到有效抑制；通过与PVK中未配位Pb2+以及Pb-X八面体中的Pb的配合作用，钝化了碘空位缺陷、稳定了八面体结构，进而降低了薄膜的缺陷态密度，提升了薄膜的稳定性。器件内部的非辐射复合得到有效抑制，实现了更低的开路电压损失。最终，器件最优PCE达到14.32%，与对照组相比，提升了12.3%，并且稳定性大幅提升。 （3）采用化学浴沉积法在FTO表面沉积共形SnO2层取代复杂且耗能的TiO2ETL制备工艺，制备了结构简单且稳定的平面型碳基钙钛矿太阳能电池。同时，采用4-三氟甲基苯肼盐酸盐（TMPH）多功能有机分子作为电子传输层/钙钛矿界面的界面修饰材料。研究表明，TMPH的引入有效钝化了SnO2表面的氧空位缺陷，促进界面处载流子的传输和抽取，从而抑制了电荷积累和复合。另外，钙钛矿在SnO2表面的非均相成核吉布斯自由能降低，促进了钙钛矿薄膜的均匀、致密化生长。最终，PSCs内部的载流子传输得到改善，内部非辐射复合被有效抑制，短路电流密度显著提升。
NETL