中科院崔光磊&逄淑平Adv. Energy. Mater：基于N掺杂的PCBM的倒置钙钛矿太阳能电池，其VOC超过1.2V

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前言回顾

钙钛矿太阳能电池已经实现了26.1%的功率转换效率（PCE），这使其成为下一代光伏技术中最有前途的太阳能技术。与n-i-p结构相比，倒置p-i-n结构钙钛矿太阳能电池（IPSCs）由于具有许多的优点，从而吸引了越来越多的关注，尽管其认证的PCE（25.39%）仍落后于前者。但是，由于p-i-n器件的优异稳定性和可忽略的滞后，以及将IPSCs与硅光伏技术集成以制造串联太阳能电池的可能性，使其在商业应用领域具有很大的应用潜力。

最先进的IPSCs通常由有机电荷传输层（CTL）组成。这些CTL在决定器件性能方面发挥着至关重要的作用。先前的研究表明，p-i-n器件的电荷分离主要由钙钛矿活性吸收层和顶部电子传输层（ETL）之间的界面控制，因此必须对准能级并钝化界面缺陷，以增强载流子注入并减少非辐射复合。[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）是富勒烯的衍生物，由于其通过共轭结构实现的电子迁移率、与低温溶液工艺的兼容性以及适合的能级，使其成为IPSCs中被广泛使用的电子提取材料。然而，其不充分的电性能和钝化能力却大大限制了器件的性能。

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文献简介

基于此，中国科学院的青岛生物能源与生物工艺技术研究所崔光磊&逄淑平等人证明了在PCBM中引入适量的n型聚合物N2200可以增强PCBM的电学性能和钝化分布在钙钛矿表面的缺陷。通过对PCBM进行改性不仅会提高能带排列，且增强电子迁移率。同时，N2200中富含电子的O和S可以与不配位的Pb2+相互作用，表现出钝化多晶钙钛矿表面缺陷的能力。结果表明， PCBM@N2200-basedIPSC表现出1.20V的增强开路电压（VOC）和最小0.36V的电压损失，并在窄分布的情况下达到24.53%的超高功率转换效率（PCE）（认证PCE为24.05%），并且，其相应的模块（11.19 cm2）实现了20.30%的效率。此外，PCBM@N2200-basedIPSCs在最大功率点下运行500小时后，依旧可以保持96%的初始效率，这主要使由于N2200掺杂带来的界面钝化、改善的均匀性和增加的疏水性。

图1. (a,b) PCBM的UPS和PCBM@N2200沉积在玻璃上的薄膜; (c) 能级排列示意图; (d) PL光谱; (e) TRPL光谱; (f) ITO/PCBM的电流-电压（I–V）特性或PCBM@N2200/Au器件; (g) 电子迁移率

图2. (a) PCBM和N2200的表面静电势; (b) 通过PCBM、N2200和PCBM@N2200分别洗涤的钙钛矿以及钙钛矿的PL图; (c) N2200的O1s和N2200洗涤的钙钛矿的XPS; (d) 裸露钙钛矿的Pb 4f和(e) N2200洗涤钙钛矿的I 3d; (f,g,h) 钙钛矿、钙钛矿/PCBM和钙钛矿/PCBM@N2200的AFM图像

图3. (a) J-V曲线; (b) EQE光谱; (c) PCE分布; (d) TPV曲线; (e) VOC作为光强度的函数; (f) 基于PCBM和PCBM@N2200ETL器件的陷阱密度

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文献总结

总之，N2200的引入已被证明在提高PCBM的电性能方面是有效的。N型聚合物N2200不仅能使LUMO能级上移，增强PCBM的电学性能，且有效地钝化了钙钛矿层上的表面缺陷。同时，PCBM在钙钛矿上的覆盖率显著提高，漏电流也明显有所降低。结果表明，PCBM@N2200在VOC、JSC和FF方面均有显著的增强，产生了24.53%的PCE，相应的模块（有效面积为11.19 cm2）也实现了20.30%的效率。这项工作提供了一种简单有效的掺杂方法来解决与PCBM相关的挑战，为高质量ETL的溶液处理提供了解决方案。相关研究成果最新发表于国际知名期刊《Advanced Energy Materials》，题为“VOC of Inverted Perovskite Solar Cells Based on N-Doped PCBM Exceeds 1.2 V: Interface Energy Alignment and Synergistic Passivation”。

本文关键词：倒置钙钛矿太阳能电池；电性能；钝化表面缺陷；转换效率；掺杂

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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