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%.

由于钙钛矿晶界处的缺陷密度很高，可认为PGMECl具有很大的缺陷钝化潜力. 因此，记录光致发光（PL）光谱以研究PGMECl对钙钛矿膜缺陷的影响. 由图7（A）可见， PGMECl优化后的钙钛矿膜的PL强度高于基础膜，表明非辐射复合减少. 对ITO/钙钛矿进行时间分辨光致发光（TRPL）表征［图7（B）］，通过双指数拟合获得载流子寿命［I（t）］，计算如下：

陷阱密度（

N_{t r a p}

）可以通过在不同偏压下使用空间电荷限制电流（SCLC）来获得［43］. 制备具有ITO/SnO₂/钙钛矿/PC₆₁BM/BCP/Ag结构的纯电子器件，并在黑暗中测试了其电流密度-电压曲线［图7（C）］. 通过比较优化前后器件的陷阱填充电压（V_TFL），获得了两种不同的电子缺陷态密度. 计算如下：

式中： e为基本电荷； L（nm）为钙钛矿膜的厚度，具体值可以从截面的SEM照片中获得（图S7，见本文支持信息）； ε为MAPbI₃的相对介电常数； ε₀为真空介电常数. V_TFL的减小导致

N_{t r a p}

的减小. 类似地，制备了具有ITO/PTAA/钙钛矿/P3HT/Ag结构的纯空穴器件，以获得空穴缺陷态密度

N_{t r a p}

. 在黑暗中测试的电流密度-电压曲线［图7（D）］，可见，空穴陷阱缺陷的数量减少了. 具体数值列于表S2（见本文支持信息）.