Carbon：钙钛矿太阳能电池中新型双位点钝化的添加剂工程

我团队在《Carbon》（中科院2区，影响因子11.307）发表了题为“ Additive engineering of novel double-site passivator in perovskite solar cells”的研究论文，我团队硕士研究生余雪梅为第一作者，金波教授为通讯作者，西南科技大学为第一通讯单位。

【研究背景】

能够溶液制备是钙钛矿太阳能电池的一大优势，然而这种快速的溶液沉积会产生具有显著结构无序和晶体缺陷的多晶钙钛矿薄膜。钙钛矿薄膜中伴随的晶界(GBs)和缺陷会严重影响最终的光电性能和稳定性。此外，钙钛矿表面的GBs和缺陷为氧气和水渗入薄膜提供途径，导致器件的环境稳定性差。研究表明晶界迁移和缺陷是导致器件迟滞的主要原因之一。研究者们开发了多种策略来实现PVSK的高效率，包括使用界面修饰材料进行界面修饰、通过优化薄膜沉积工艺或添加添加剂来改善钙钛矿吸收层的结晶度、物相和形貌等。特别是通过在钙钛矿层中掺入少量的有机小分子、聚合物、富勒烯衍生物等添加剂的添加剂工程，已被证明可以通过调控钙钛矿的结晶过程和钝化缺陷来有效改善钙钛矿的成膜质量。在众多类型的添加剂材料中，富勒烯材料被认为是一种良好的添加剂材料。然而目前研究的富勒烯添加剂材料多存在功能单一、作用机理不明等问题。

【工作简介】

采用Bingel反应简单高效的合成了两种含氟富勒烯衍生物，将其作为钙钛矿层添加剂。通过表征测试发现这两种富勒烯衍生物的能级与MAPbI₃钙钛矿的能级较为匹配，作为添加剂添加到钙钛矿中不会使能级失调。此外这两种化合物的热稳定性良好，能够承受器件制备过程中退火的高温。采用反溶剂法制备了倒置的钙钛矿太阳能电池，并将含氟富勒烯衍生物作为添加剂加入其中。添加含氟富勒烯衍生物后的钙钛矿太阳能电池效率有所提升，其中标件效率为19.19%，添加3F-C₆₀、7F-C₆₀后效率分别增长至19.55%、20.34%。且器件在潮湿环境下的稳定性明显增强。添加含氟富勒烯衍生物后钙钛矿晶体形貌更好，表面粗糙度更低，这有利于抑制界面载流子复合，促进界面电子传递。改善形貌的原因有两个方面，首先加入添加剂有利于异质成核，氟碳链能够与甲胺离子形成氢键，抑制离子迁移促进晶体有序生长；而化合物中的C=O能够与Pb²⁺相互作用，钝化晶体形成过程中产生的多余的PbI₂缺陷。氟碳链的引入有利于提高薄膜表面疏水性能，从而提高器件在潮湿环境中的稳定性。加入含氟富勒烯衍生物钙钛矿太阳能电池的综合性能得到了提升，稳定性提升效果显著，证明添加剂工程是提升器件性能的有效途径。

文章链接：10.1016/j.carbon.2023.118067