华东师大陈晓红&黄素梅CEJ：PCE的明显上升（20.06±0.68%）！！！：通过采用一系列十八烷基铵盐（OASs）

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前言回顾

有机-无机杂化卤化物钙钛矿具有低激子分裂能量、带隙可调、光吸收系数高、载流子迁移率高、载流子扩散长度长、低温溶液加工性和直接升级等优点，使其在太阳能电池领域受到广泛的关注。特别是在过去的12年里，研究人员在钙钛矿成分优化、电荷传输层（CTL）材料优化、界面工程以及对光伏（PV）器件材料的认识等方面做出了巨大努力。基于这些努力，单结金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）的功率转换效率（PCE）从3.8%上升到了26%以上。然而，钙钛矿太阳能电池目前也存在一些问题，通过溶液处理的杂化钙钛矿层是多晶和离子的，在钙钛矿薄膜内的晶界（GBs）和活性吸收剂表面可能含有多种杂质，如间隙、空位、反位点和不配位的铅和卤化物离子。在生长过程中，这些边界和表面缺陷都会严重阻碍PSCs的进一步发展。

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文献简介

基于此，华东师范大学物理与电子科学学院的陈晓红和黄素梅等人提出了一种有效的策略，通过采用一系列十八烷基铵盐（OASs）来增强PSCs的效率和环境稳定性：以十八烷基三甲基氯化铵（OTAC），十八烷基二甲基苄基氯化铵（ODBAC）和3-（三甲氧基硅基）丙基十八烷基二甲基氯化铵（TOAC）作为钝化剂。在这些OASs,中，TOAC中的三甲氧基硅烷（Si-O-CH3）侧链组有效地提高了PSC器件的效率以及高湿度稳定性。TOAC能够钝化缺陷，有助于更好的能级对准，从而促进器件中的电荷载流子运输。通过TOAC钝化的PSCs，其平均PCE从16.62±0.56%增加到20.06±0.68%，填充因子也提高到了80.10±1.82%。同时，未封装的TOAC钝化的PSCs在环境条件（25-30°C，50-70%相对湿度）下储存300小时后，可保持90%的性能。此外，当没有引入OAS钝化剂时，设备在150小时后损失了超过74%的起始PCE。因此，通过在PSCs中使用多功能十八烷基铵盐分子去钝化缺陷并定制界面能级排列，为提升PSCs的光伏性能提供了一个新方式。

图1. (a) 在黑暗条件（20%-30%RH）下储存2000小时的钙钛矿薄膜的XRD图谱; (b) UV–Vis吸收; (c) 稳态PL（顶面）和(d)具有和不具有OAS的钙钛矿膜的时间分辨PL光谱; (e) 基于原始、OTAC、ODBAC和TOAC的钙钛矿膜的SEM图像

图2. (a) OAS钝化PSCs的能级示意图; (b) 钙钛矿和HTL之间具有OAS层的PSCs中的偶极取向示意图; (c) Pb4f和(d) I3d XPS光谱

图3. (a) 原始、OTAC、ODBAC和TOAC处理的PSCs的J-V和(b)EQE曲线；(c)-(f) 原始和OAS处理的PSCs的PV参数统计数据，包括PCE、VOC、JSC和FF

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文献总结

总之， 该课题组展示了一种简单有效的策略，通过对包括OTAC，ODBAC和TOAC在内的OASs进行表面改性，从而促进了PCE和PSCs的水分耐久性。OTAC分子具有Cl，长烷基链和带正电荷的氮原子。ODBAC和TOAC分子具有额外的侧链，苯环和Si-O-CH-3，可以分别与OTAC绑定。在使用过的OASs中，TOAC的掺入明显改善形貌和光物理性质，并降低了MAPbI3吸收剂中的捕集密度。TOAC添加剂在钙钛矿/HTL界面的简单沉积可有效钝化缺陷，从而抑制PSCs器件中的非辐射复合过程。此外，TOAC的沉积使吸收剂中的CBM和VBM都进行了移位，从而改善了钙钛矿/HTL界面处的能带排列，促进了器件中的界面电荷转移。对于TOAC钝化的PSCs，其平均PCE明显提升至20.06±0.68%，FF显著增强到80.10±1.82%，而原始的则只有16.62±0.56%。更重要的是，含有Si-O-CH3的TOAC组装在钙钛矿表面上产生了烷基-硅氧烷封闭层，该层可以作为强大的渗透屏障，防止 PSCs 中的水分和湿度侵入。因此，TOAC分子的加入极大地促进了PSCs的环境稳定性。未封装的TOAC钝化的PSCs，暴露在50–70%的高相对湿度下300小时后，依旧可以保持90%的初始效率。该团队的研究为开发在恶劣环境条件下，合成具有长期耐久性的高效钙钛矿太阳能电池提供了新途径。相关研究成果最新发表于国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》上，题为“Efficient and stable perovskite solar cells: The effect of octadecyl ammonium compound side-chain”。

本文关键词：钙钛矿太阳能电池；非辐射复合；缺陷钝化；接口工程；稳定性

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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