南方科技大学Adv. Mater.：效率超16%的大面积钙钛矿电池-金属乙酰丙酮化合物用于界面改性提高稳定性

【引言】

在近几年内，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池有一个飞速的发展，其小面积电池效率已经能够超过22%，与已经发展了40多年的铜铟镓硒薄膜电池和碲化镉薄膜电池的效率值不相上下，并也是最有可能取代单晶硅太阳能电池的光伏电池之一。然而因其组成和结构的特点，钙钛矿太阳能电池具有极不稳定性，例如在极性溶剂中溶解与分解，不同温度下发生相变，光照和自发电场诱发电子迁移。目前，业界解决钙钛矿太阳能电池不稳定性的办法主要有两条：一是对钙钛矿材料组成和结构进行调控；二是进行钙钛矿的界面工程。

【成果简介】

近日，南方科技大学副教授何祝兵(通讯作者)在Advanced Materials上发表了一篇题为“Metal Acetylacetonate Series in Interface Engineering for Full Low-Temperature-Processed, High-Performance, and Stable Planar Perovskite Solar Cells with Conversion Efficiency over 16% on 1 cm² Scale”的文章。该课题组通过简单溶液法，在银电极和空穴传输层之间引入高稳定性金属乙酰丙酮化合物，由此有效增强电子提取能力。经过一些列的表征手段，研究团队证实金属乙酰丙酮化合物具有较好的界面能带弯曲和金属表面功函数调节功能，促进了电子的高效转移。所制成的电池效率由12%提升至18%，小面积最佳性能电池效率达到了18.69%，且无明显的滞后现象。同时，用该方法制备的大面积电池效率也达到了16.01%。

【图文导读】

图1.所制平板钙钛矿太阳能电池结构和形貌表征

(A)ITO/NiO_x/MAPbI₃/PCBM/MAcac/Ag电池结构示意图

(B)金属乙酰丙酮CILs分子结构

(C)反式结构钙钛矿太阳能电池能带图

(D)NiO_xNCs高分辨二维AFM图

(E) MAPbI₃薄膜表面SEM图，比例尺500 nm

(F)反式结构钙钛矿太阳能电池横截面SEM图，比例尺500 nm

图2.具有和不具有金属乙酰丙酮化物界面层电池蒸镀银表面的电势特性

(A-D)分别为Ag, TiAcac/Ag, ZrAcac/Ag和HfAcac/Ag的SKPM测试结果图

(E)蒸镀银表面电势图

(F)蒸镀银表面UPS图

(G)钙钛矿薄膜的室温光致发光衰减曲线

图3.具有不同金属乙酰丙酮的反式平板钙钛矿太阳能电池的J-V特性和滞后行为

(A)不同电池的J-V曲线

(B)不同电池的EQE谱

(C-E)分别为PCBM/TiAcac/Ag, PCBM/ZrAcac/Ag和PCBM/HfAcac/Ag电池的正反扫J-V曲线

(F)最大功率点处电池的稳态光电流输出

图4.大尺寸电池性能

(A)最佳大尺寸电池的正反扫J-V曲线

(B)最佳大尺寸电池的EQE图

图5. ZrAcac CILs反式平板钙钛矿太阳能电池的稳定性

(A)在惰性环境中超过1000 h光照期间，最佳性能电池的标准化J_sc和V_oc

(B)在惰性环境中超过1000 h光照期间，最佳性能电池的标准化FF和PCE

(C)暴露在湿润环境之前/之后，不同电池的标准化PCE

(D)暴露在湿润环境之前/之后，不同电池钙钛矿层的XRD图

【小结】

本文报道了一项利用金属乙酰丙酮化合物对钙钛矿太阳能电池进行界面工程改性的工作，该工作不仅显著增强了钙钛矿太阳能电池自身的稳定性，而且极大扩展了钙钛矿电池的工艺窗口，对钙钛矿电池的大面积工业生产具有至关重要的影响。

文献链接：Metal Acetylacetonate Series in Interface Engineering for Full Low-Temperature-Processed, High-Performance, and Stable Planar Perovskite Solar Cells with Conversion Efficiency over 16% on 1 cm² Scale(Advanced Materials, 2017, DOI: 10.1002/adma.201603923)

本文由材料人新能源组 Jon 供稿，材料牛编辑整理。

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