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%.

Fig.8 Transient photovoltage characteristics(A) and transient photocurrent characteristics(B) of control device and target device, Nyquist plots of the control device and the device with PGMECl additive(C), Mott⁃Schottky plots of PSCs prepared with and without PGMECl treatment(D)
Inset of (C): equivalent currunt diagram.

为了阐明器件中的电荷转移和复合，并解释V_OC的增强，制备了ITO/PTAA/钙钛矿/PC₆₁BM/BCP/Ag结构器件，并进行了一系列瞬态光电压（TPV）、瞬态光电流（TPC）和电化学阻抗谱（EIS）测试. 使用指数函数拟合参比器件和优化器件的衰变动力学. 图8（A）为TPV衰减曲线，可见，基础器件的TPV衰变时间为36.99 μs，而优化的器件的衰变寿命显著增加，为113.28 μs，表明减少了不必要的界面载流子复合有利于改善V_OC［44］. 图8（B）为TPC曲线，可以看到，目标器件的光电流衰减（0.24 μs）比控制器件（0.38 μs）更快，证实了PGMECl的添加有利于器件更快的电荷传输［45］.

此外，通过阻抗测试获得奈奎斯特图［图8（C）］，插图为等效电路图（R_s为载流子的界面传输电阻， CPE为常相位元件）. 通过拟合可见，优化后的电池具有更大的复合电阻（R_rec）. R_rec表示PSC中电荷载流子重组的容易程度. 其越低，电荷载流子就越容易重组. 相反，如果R_rec增加，最终将有利于电荷转移. 同时，通过测量电容?电压（C-V）来评估器件内部的内置电场（V_bi）［图8（D）］. 可见，添加PGMECl后， V_bi从0.95 V增至1.07 V，表明器件内电荷分离的驱动力更强. 这也解释了V_OC的改善. 上述测试结果证明了钙钛矿层中缺陷的有效缓解.