中国的一个研究团队使用共吸附方法在空穴传输层掺入自组装单层，从而提高了倒置钙钛矿电池的效率和稳定性。
研究中使用的空气中刮刀涂布器件示意图 图片：南方科技大学，Nature Communications
中国研究人员成功研制出一种基于空穴传输层(HTL)且带有自组装单层(SAMs)的倒置钙钛矿太阳能电池，该电池旨在削减钝化缺陷并提升效率。
倒置钙钛矿电池呈现出 “p - i - n” 的器件结构，其空穴选择性接触的 p 层处于本征钙钛矿层 i 的底部，而电子传递层的 n 层则位于钙钛矿层上方。传统的卤化物钙钛矿电池结构相同，不过顺序相反，是 “n - i - p” 布局。在 “n - i - p” 结构里，太阳能电池由电子传输层(ETL)一侧接受照射;而在 “p - i - n” 结构中，则是通过 HTL 表面进行照射。
研究小组使用由2-氯-5-(三氟甲基)异烟酸制成的SAM，称为PyCA-3F，而HTL则由 [2-(9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸(2PACz)制成。SAM应用采用共吸附方法(CA)。它包括在有和没有PyCA-3F的2PACz衬底上生长钙钛矿薄膜。
该电池由氧化铟锡(ITO)、2PACz HTL、钙钛矿吸收层、富勒烯(C60)电子传输层 (ETL)、浴铜灵(BCP)缓冲层和铜金属电极构成。
在标准光照条件下进行测试，该器件实现了24.68%的“认证”效率，而参比器件的效率为23.3%。科学家们没有透露认证该结果的第三方实体的名字。
该小组假设PyCA-3F的存在在埋藏界面处“减少物理纳米空隙的发生”中起着关键作用。“这种显着的增加是一项战略优势，有助于有效减少埋地界面的缺陷和非辐射中心，”文章指出说。
发现该方法有效地减少了2PACz的聚集，同时增强了表面光滑度并增加了改性SAM层的功函数，研究人员表示，这为钙钛矿提供了平坦的埋藏界面和有利的异质界面。
为了在其他太阳能电池技术上测试所提出的方法，科学家们还制造了基于2PACz/PYCA-3F 的有机太阳能电池(OSC)。他们使用在空气中刀片涂布方法制造p-i-n结构化OSC器件。所得器件的效率从17.71%到19.51% 等。性能最好的OSC基于PM1：PTQ10：m-BTP-PhC6。
研究人员指出，OSC样品实现了由共吸附策略和新型小分子酸SAM铸造的“空气中刀片涂布的最佳结果之一”。他们还指出，该方法提高了钙钛矿和OSC器件的稳定性。“经过 1000 小时的最大功率点跟踪后，封装的PSCs和OSCs分别保留了大约90%和80%的初始效率，”该团队表示，并补充说，最大功率点跟踪结果表明的操作稳定性强化了PSC和OSC技术的共吸附方法的“优越性”。
“总之，我们的工作提出了一种简单、合理和有效的共吸附策略，以提高基于SAM的器件的性能，从而在基于p-i-n器件结构的PSC和OSC方面实现效率突破，同时增强了操作稳定性，”该研究小组说。
这项研究最近发表在《自然通讯》上的论文“Co-adsorbed self-assembled monolayer enables high-performance perovskite and organic solar cells,”中。研究团队包括来自中国南方科技大学、香港理工大学(Hong Kong Polytechnic University)和香港中文大学(中大)(Chinese University of Hong Kong (CUHK))的科学家。
责任编辑：周末
