陕师大向万春&刘生忠Adv. Mater：以生物相容性材料色胺（TA）为添加剂，提高无机PSCs的PCE和环境稳定性

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前言回顾

金属卤化物无机钙钛矿太阳能电池（PSCs）具有实现高效率和优异热稳定性的巨大潜力。但与基于有机-无机杂化钙钛矿（OIHP）的电池相比，基于无机的PSCs仍然具有高的能量损失和差的长期稳定性，这主要归因于钙钛矿表面和晶界（GBs）存在大量缺陷。缺陷可以捕获钙钛矿膜中的自由电荷载流子，使太阳能电池中的非辐射电荷复合，从而导致能量损失。因此，减轻无机钙钛矿膜中的缺陷对于进一步提高PSCs的光伏性能和稳定性非常重要。

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文献简介

基于此，陕西师范大学材料科学与工程学院的向万春和刘生忠等人提出了一种简单的策略来抑制界面电荷复合并改变Li掺杂Spiro OMeTAD HTL的吸湿性质，从而提高无机PSCs的PCE和环境稳定性。他们在空穴传输层（HTL）中使用了生物相容性材料色胺（TA）作为添加剂，并将其直接沉积在预先形成的无机钙钛矿层上。TA的胺端基和吡咯环都能与无机钙钛矿膜表面的Pb2+相互作用，从而有效地减少表面电荷的复合。更重要的是，TA可以通过形成TA:Li络合物与HTL中的LiTFSI相互作用，降低LiTFSI的吸湿性，从而提高HTL的水分稳定性。含有TA的Spiro OMeTAD HTL使PSCs的VOC从1.192V提高到1.251V，并在100 mW cm-2光照下，相应的PCE从19.5%提高到21.8%。结果表明，无机钙钛矿膜的黑相得到了很好的保留，并且在25-35%的相对湿度下储存800小时后，相应的PSCs依旧可以保持初始PCE的90%，远高于对照装置。

图1. (a) TA的化学结构; (b) HTL中含有TA的PSCs的截面SEM; (c) HTL中不同TA量的无机PSCs的J-V性能; (d) 具有和不具有TA的PSC的EQE; (e) MPP下的SPO和电流密度; (f) 滞后现象

图2. (a) DFT计算; (b) TA与PbI2相互作用和不与PbI2的相互作用下的FTIR光谱；(c) TA、TA/钙钛矿薄膜N1s的XPS；经TA处理和未经TA处理的钙钛矿膜的（d）Pb4f的XPS光谱; (e) TA和TA-PbI2在DMSO-D6溶液中的1H-NMR光谱

图3. (a) 具有和不具有TA处理的钙钛矿膜的稳态PL光谱和(b)TRPL曲线; (c) 无TA处理和(d)有TA处理的纯电子器件的SCLC; (e) 无TA治疗和 (f) 有TA治疗的仅孔装置的SCLC; (g) EIS-奈奎斯特图; (h) 深色J–V曲线; (i) C-V测量

图4. (a) 无TA和有TA的CB中LiTFSI的UV-vis光谱; (b) DFT计算; (c) 含和不含TA的HTL溶液的紫外-可见光谱; (d) 氧化HTL的电导率和(e)空穴迁移率；(f) 暴露在空气中的未氧化HTL的PL强度; (g) UPS谱图;(h) HTL中具有TA的完整PSCs的能量图; (i) 钙钛矿薄膜和不同HTL的TRPL光谱

图5. (a) 在钙钛矿膜上用TA涂覆HTL的ToF-SIMS深度分布和ToF-SIMS 3D图像; (b) 钙钛矿/HTL、钙钛矿/TA/HTL和钙钛矿/HTL（+TA）薄膜的照片；(c) 具有不同LiTFSI/TA比率的钙钛矿/HTL(+TA) 膜的照片;(d) TA、LiTFSI和TA+LiTFSI在DMSO-D6溶剂中的1H-NMR光谱; (e) 在25-35%的相对湿度环境中进行器件稳定性测试；(f) 未经TA处理、TA表面处理和TA作为HTL添加剂的未封装器件在65℃下、在充N2手套箱中的热稳定性测试

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文献总结

总之，该课题组在HTL中添加了TA，从而提高CsPbI3-xBrx无机PSCs的PCE和环境稳定性。与传统的表面处理方法不同，该课题组的策略是将钝化层的沉积和HTL结合成一个步骤，简化了PSCs的合成过程。通过与钙钛矿表面上未配位的Pb2+进行配位，TA分子的多个位点可以与钙钛矿相互作用，从而降低缺陷密度并延长载流子寿命。此外，优化过TA浓度的PSCs在100 mW cm-2的照明条件下表现出21.8%的效率。同时，TA还可以通过形成TA:Li+络合物，与HTL中的Li+阳离子相互作用，从而提高HTL的水分稳定性。因此，含有TA的HTL的钙钛矿膜表现出优异的黑相稳定性，相应的PSCs在25-35%的相对湿度下保持了90%的初始PCE达800小时。并且，含TA的HTL处理也大大提高了器件的热稳定性。相关研究成果最新发表于国际知名期刊《Advanced Materials》，题为“Defect passivation and lithium ion coordination via hole transporting layer modification for high performance inorganic perovskite solar cells”。

本文关键词：空穴传输层；无机PSCs；转换效率；缺陷

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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