两亲分子制备出光电转化效率23.5%的稳定钙钛矿太阳能电池

:钙钛矿太阳能电池（PSC）由于其出色的光伏（PV）性能，低成本，大面积制造能力而受到广泛的研究关注。在过去几年中，PSC的功率转换效率（PCE）从≈9％急剧增加到25.2％，但是其稳定性是该领域目前面临的重要问题，制备出高光电转化效率，高稳定性的器件，是推动该领域进一步发展的首要问题。

（来源：微信公众号“能源学人”作者：Energist）

近日，瑞士洛桑联邦理工学院Michael Grätzel教授课题组，提出了一种新型的钝化剂，即4-叔丁基-苄基碘化铵（tBBAI），该钝化剂具有大位阻的叔丁基基团可防止空间排斥引起的不利聚集。发现用tBBAI进行简单的表面处理可显着加速电荷从钙钛矿中提取到spiro-OmetaD空穴传输剂中，同时阻止了非辐射电荷复合。这将钙钛矿光电转化效率（PCE）从≈20％提高到23.5％，更加重要的是，tBBAI处理将填充因子从0.75提高到0.82的极高值。叔丁基还提供了疏水性保护伞，可保护钙钛矿膜免受周围水分的侵蚀。此外，在连续模拟太阳辐射，最大功率点跟踪下，全日照500小时后，PSC表现出优异的稳定性，可保留其初始PCE的95％以上。

图1. A）PEAI和tBBAI的化学结构。B）钙钛矿太阳能电池的结构模型图，C–E）钙钛矿薄膜，PEAI钝化的钙钛矿薄膜，tBBAI钝化的钙钛矿薄膜，比例尺为1 μm。

图2. A）钙钛矿，钙钛矿/PEAI和钙钛矿/tBBAI薄膜的XPS光谱。B）各种薄膜的C1s光谱。C）钙钛矿/ tBBAI 薄膜I3Dde 深度XPS。D）钙钛矿，钙钛矿/ PEAI和钙钛矿/ tBBAI的XRD图谱。

图3. A）玻璃/ FTO /mp-Al2O3 /钙钛矿/无表面钝化层的TRPL（对照，蓝色），PEAI（红色）和tBBAI（黑色）。B）不含空穴传输层的样品的TRPL测试。

图4. A）电池的反向扫描的IV曲线。B）在环境空气下的对钙钛矿电池最大功率的跟踪测试。C）钙钛矿电池的IPCE。D）不同光照强度和开路电压的对应关系。

图5. A）在惰性气氛（N2）中的MPP老化测试，无钝化的PSC和PEAI和tBBAI钝化的PSC在一个阳光下连续照射。B）表面上的水滴图像钙钛矿薄膜（对照）和钝化的钙钛矿整洁的钙。

在这项工作中，作者通过简单的表面钝化剂tBBAI。通过电光学表征表明，tBBAI钝化的钙钛矿膜片显示较少的非辐射电荷载流子复合，即较低的缺陷密度，并显着改善了钙钛矿薄膜中的电荷提取到空穴传输层。此外开路电压增加了≈50mV与无钝化的钙钛矿薄膜。钝化剂tBBAI的冠军电池的PCE为23.5％。此外，与PEAI相比，tBBAI的疏水性增强导致增强耐湿性，因此具有更好的操作稳定性。使用tBBAI的PSC在使用后保留了其初始PCE的95％以上500小时的MPP跟踪，以及之后90％以上的初始PCE在相对湿度为50–70％的环境空气中老化55天。该工作提供了一种简单而有效的方法来制造具有出色效率和稳定性。

原标题:量身定制的两亲分子制备出光电转化效率23.5%的稳定钙钛矿太阳能电池