聚合物钝化表面缺陷助力高效钙钛矿太阳能电池

来源：ACS美国化学会

英文原题：Poly (Ethylene Glycol) Diacrylate as the Passivation Layer for High Performance Perovskite Solar Cells

通讯作者：Xiong Gong, The University of Akron

作者：Wenzhan Xu, Tao Zhu, Haodong Wu, Lei Liu and Xiong Gong

过去十年的研究证明钙钛矿太阳能电池是一种具有成本效益的太阳能技术。通过利用合成新型钙钛矿材料、调控钙钛矿活性层的薄膜形貌、构建新型器件结构和优化钙钛矿活性层与电极之间的界面，验证的光电转换效率已超过25%。尽管如此，研究表明钙钛矿薄膜表面的空位、间隙缺陷、位错和悬挂键可以作为载流子复合的中心，阻碍了载流子的运输和有效提取，限制了钙钛矿太阳能电池性能的进一步提升。此外，卤化物分离引起的表面缺陷也被认为是钙钛矿太阳能电池性能衰减的一个严重问题。因此，降低表面缺陷密度，对提高钙钛矿太阳能电池的性能具有重要意义。

钙钛矿薄膜表面缺陷的钝化是一种简单而非常有效的手段。近期，美国阿克伦大学巩雄教授课题组报道了含有路易斯碱的聚合物钝化钙钛矿薄膜表面缺陷，改善了钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。研究结果表明，聚(乙二醇)双丙烯酸酯作为路易斯碱可以与路易斯酸(Pb2+)形成弱相互作用，有效地钝化钙钛矿光活性层的表面缺陷。经聚(乙二醇)双丙烯酸酯钝化的钙钛矿薄膜具有受抑制的载流子非辐射复合、薄膜形貌优越、表面光滑、晶体尺寸大、结晶度好等特点。相应的钙钛矿太阳能电池的载流子复合程度减弱、电荷转移电阻降低、载流子提取时间缩短、内建电势增大，因而聚(乙二醇)双丙烯酸酯钝化的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率超过21%，光电流迟滞指数为3.7%。此外研究发现未封装存的经聚(乙二醇)双丙烯酸酯钝化钙钛矿太阳能电池仍然维持较高的光电转换效率，具有很好的存储稳定性。

图1. 钙钛矿太阳能电池的J-V特性(a)；EQE光谱和积分JSC(b)；稳态光电流输出(c)；钙钛矿太阳能电池界面缺陷密度和内建电势的莫特-肖特基分析。

研究成果近期发表在ACS Applied Materials & Interfaces 上，此研究工作由徐文战和朱焘博士生共同完成。