胡蝶, 孙庆, 孟祥歆, 凌锦翔, 成彬, 康博南

高等学校化学学报 2024, 45 (5): 20240044-. DOI:10.7503/cjcu20240044

摘要（1083）

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钙钛矿太阳能电池的快速发展使其成为新能源领域最具竞争力的光伏器件之一，然而, 其在功率转换效率(PCE)和稳定性方面仍有很大的改进空间. 本文引入D-苯基甘氨酸甲酯盐酸盐(PGMECl)作为钙钛矿中的添加剂, PGMECl含有的苯环、酯基、 —NH₃⁺末端和Cl^-离子等多个官能团共同作用, 可与未配位的Pb²⁺反应, 钝化钙钛矿中的缺陷, 使钙钛矿晶粒更加致密、表面粗糙度下降、电荷载流子的非辐射复合减少, 并通过调整能级排列, 使其更适合在倒置钙钛矿太阳能电池中传输电荷. 实验结果表明, PGMECl改性器件的冠军效率为21.04%, 远高于基础器件(17.79%). 迟滞的减少也说明离子迁移的减少. 含有PGMECl添加剂的器件在空气中[相对湿度(RH)为（40±5）%]黑暗条件下未封装老化1000 h后, 功率转换效率仍可保持初始效率的70%, 而基础器件在保存500 h后效率降至50%.

通过SEM对钙钛矿膜的表面进行表征［图3（A）和（B）］. 通过分析SEM照片中的晶粒尺寸，基础膜和目标膜的统计分布分别如图3（C）和（D）所示. 可见， PGMECl的加入仅略微增加了晶粒尺寸，可能是由于Cl-的加入导致结晶动力学较慢. 由于Cl-比I-更具电负性， Pb—Cl键比Pb—I键具有更强烈的相互作用，并且钙钛矿前驱体优先与Cl-发生相互作用，先形成MAPbCl₃，后转化为MAPbI₃［36］. 与晶粒尺寸的微小变化相比，晶粒形态的变化更大. 原始钙钛矿膜的表面尖锐有棱角. 经PGMECl改性后，样品变钝，晶粒分布均匀致密. 晶界的减少，即表明潜在的非辐射复合中心的减少. 为了证明这一点，通过原子力显微镜（AFM）进一步表征钙钛矿膜的表面，以获得表面粗糙度［图3（E）和（F）］， 3D模型如图S5（见本文支持信息）所示. 随着PGMECl的引入，钙钛矿膜的均方根（RMS）从15.9 nm降至10.7 nm，说明表面更加平整光滑，有利于与电子传输层更好地接触.

钙钛矿薄膜光吸收性能的提升有利于短路电流的提升［40］. 图5（A）显示了钙钛矿薄膜的紫外-可见吸收光谱. PGMECl的加入使钙钛矿膜的吸收略有增加，说明钙钛矿膜结晶度有一定提升. 图5（B）为对应的Tauc图，可以得到优化前后带隙宽度均为1.58 eV.