德国科学家报告了一种提高钙钛矿太阳能电池性能的方法，该电池由与典型空穴传输层兼容的层压碳电极制成。
图片说明：将碳电极层压到ITO镀膜玻璃上的器件结构示意图和横截面SEM图像
德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所 ISE （Fraunhofer ISE）的研究人员表明，对三阳离子钙钛矿太阳能电池中的层压碳顶电极进行溶剂处理可提高性能，使碳电极更接近成为金属电极的替代品。
“碳基电极对于钙钛矿太阳能电池来说非常有前途，因为它们不会与移动离子发生反应。对于金属电极，这种反应是限制器件稳定性的主要问题，“弗劳恩霍夫 ISE 钙钛矿薄膜光伏研究团队负责人 Markus Kohlstaedt告诉pv magazine。
“与直接打印碳电极相比，层压工艺的优势在于它是一种无溶剂工艺：这使得碳沉积与多种功能材料兼容，包括空穴传输层（HTL），”Kohlstaedt说。
为了成功采用替代方法，研究人员必须克服挑战，例如由于溶剂不相容性，刀片涂层容易损坏电荷传输层，通常是 Spiro-OMeTAD，以及层压碳（LMC）电极表现出增加叠层电阻的趋势。
“我们能够在层压后通过溶剂处理显著提高碳电极的电性能，这有助于软化材料并在再次施加压力时实现更好的电接触。在这个过程中，我们观察到一个非常致密的碳层，而原始层具有许多降低导电性能的空隙，“Kohlstaedt解释道。
该团队的电池基于混合卤化物三阳离子钙钛矿吸光层，特别是碘化铯（CsI）、甲基溴化铵（MABr）和碘化甲脒（FAI）碘化铅（PbI2），简称为 FA0.85MA0.1Cs0.05Pb （I2.9Br0.1）。
制造了四种器件类型来测试该方法：一种刀片涂层碳 HTL 以代表基本碳钙钛矿太阳能电池基线；没有HTL的LMC单独揭示层压的效果；LMC 与 Spiro-OMeTAD测试与敏感电荷传输层的兼容性；和Spiro-OMeTAD上的黄金（Au）作为基准。
研究人员发现，LMC 电极可实现高达 1.08 V 的开路电压和低滞后。通过对 LMC 进行溶剂处理，进一步改善了这一结果，通过同时降低基材和接触电阻“显着”降低了串联电阻。
通过扫描电子显微镜（SEM）分析、暗锁相热成像（DLIT）测量和模拟证实了结果。研究人员指出：“在测试的溶剂中，邻二甲苯的性能最好，经过处理的 LMC 器件的效率分别为 18.9%（反向扫描）和 18.7%（正向扫描），接近金电极参比器件性能。通过改进电子传输层，实现了进一步的性能提升，使LMC基钙钛矿太阳能电池的效率达到高达20.4%，而金电极钙钛矿太阳能电池的效率为21.4%。
该研究发表在《Solar RRL》杂志上，文章标题“Tuning Porosity in Laminated Carbon Electrodes via Solvent Treatment Enables >20% Efficient Perovskite Solar Cells,”。
“与金属电极相比，我们现在已经接近克服碳电极功率转换效率较低的缺点，”Kohlstaedt说。“我非常乐观地认为，这种器件架构现在可以充分发挥其机会，即通过环境条件下的涂层/打印工艺非常容易加工，并且成为钙钛矿太阳能电池可用的最稳定的电极材料。”
