发表日期：May 26, 2025
第一作者：Fangyuan Ye
通讯作者：Yongzhen Wu(华东理工大学吴永真)，Martin Stolterfoht(香港中文大学)
研究内容
提升倒置结构钙钛矿太阳能电池性能的关键在于有效抑制钙钛矿/C60界面的非辐射复合。
本研究创新性地采用1,6-双(丙烯酰氧基)-2,2,3,3,4,4,5,5-八氟己烷(简称BA-8FH)作为钙钛矿/C60界面的多功能夹层材料。
该材料具有1-200 mg/mL的宽浓度加工窗口，且制备重现性优异。BA-8FH的沸点(约90°C)低于钙钛矿退火温度(100°C)，因此在退火过程中大部分材料会挥发，仅保留与钙钛矿产生强相互作用的单分子层(含氟基团与丙烯酰氧基)。紫外光电子能谱(UPS)证实，BA-8FH可优化钙钛矿/C60界面的能带排列，使非辐射复合显著降低，载流子寿命明显延长。
基于1.58 eV带隙钙钛矿的p-i-n结构器件实现了24.7%的光电转换效率(PCE)，其开路电压(VOC)达1.21 V，填充因子(FF)为84%。封装器件在大气环境下连续最大功率点(MPP)追踪1200小时后，仍保持90%以上的初始效率(T90)。该工作为解决钙钛矿/C60界面复合损失这一长期难题提供了新策略，为消除先进钙钛矿器件中的关键复合损失开辟了道路。
图1. (a) 经BA-8FH处理的完整器件截面扫描电镜(SEM)图像，左侧标注各功能层结构。(b) 对照组与不同浓度BA-8FH处理器件的性能统计(每组10个器件)。(c) 钙钛矿表面可能分子组装机制示意图。
加工窗口
图2. (a) 石英/钙钛矿、HTL/钙钛矿、HTL/钙钛矿/ETL薄膜及完整器件(分别标记为Pero、HTL、p-i-n和device)在有/无BA-8FH处理时的PLQY测试结果。(b) 对照组与BA-8FH处理样品对总电压损失的贡献分解。(c) 光强依赖性准费米能级分裂(QFLS)测试结果(标注理想因子)。(d) 基于QFLS测试的拟J-V曲线(插图为关键参数)。(e) 电致发光(EL)成像图(比例尺1mm)，右侧显示无量纲平均发光强度。
图3. (a) F 1s、C 1s和Pb 4f的高分辨XPS谱图对比。(b) 真空能级对齐时钙钛矿/C60界面的能带结构演变。(c) 二维模拟示意图。(d) 开路电压(VOC)与BA-8FH层缺陷间距(Ld)的模拟关系。
图4. 瞬态表面光电压(tr-SPV)与时间分辨荧光(TRPL)分析。(a) 515nm激光激发下(实线125kHz/虚线1kHz)不同结构的tr-SPV响应(纵轴偏移以便观察)。(b) 1kHz激发的归一化SPV对比。(c) 515nm/125kHz激发的TRPL衰减曲线。(d) HTL/pero/C60与HTL/pero/BA-8FH/C60体系的TRPL与tr-SPV时域对比(注：未注明基底均为ITO/MeO-2PACz)。
图5. (a-c) 优化钙钛矿层后对照组与BA-8FH处理器件的VOC、FF及PCE参数分布。(d) 冠军器件正反扫J-V曲线。(e) BA-8FH处理器件的认证J-V曲线。(f) 不同钙钛矿体系的PCE提升效果。(g) 1-sun光照下的最大功率点(MPP)追踪数据(标注初始PCE：对照组21.17%，处理组23.57%)，并列示Vmpp与Jmpp参数。
器件制备
钙钛矿太阳能电池制备
基底处理：
图案化ITO玻璃依次在超声浴中用洗涤剂、去离子水、乙醇和丙酮各清洗15分钟。
紫外臭氧(UV-Ozone)处理30分钟后，转移至氮气手套箱。
空穴传输层(HTL)沉积：
将MeO-2PACz乙醇溶液(1 mmol/mL)以3000 rpm旋涂30秒，100°C退火10分钟。
钙钛矿层制备：
前驱体溶液：将1.5 M FAPbI₃和MAPbBr₃溶液(DMF:DMSO = 4:1, v/v)与1.5 M CsI溶液混合，并添加25 mol% MACl(DMSO溶剂)以优化结晶。
旋涂工艺：4000 rpm旋涂40秒(加速5秒)，结束前5秒以连续液流(约1秒)滴加300 μL氯苯，随后100°C退火1小时。
BA-8FH夹层沉积：
将1-200 mg/mL的BA-8FH异丙醇溶液以6000 rpm旋涂(加速3秒)，100°C退火10分钟。
电子传输层(ETL)与电极蒸镀：
在真空腔(p = 10⁻⁷ mbar)中依次沉积：
C60(30 nm，0.2 Å/s)
BCP(8 nm，0.2 Å/s)
铜电极(100 nm，0.6 Å/s)
