聚合物修饰NiOx空穴传输层制备高开路电压(1.19 V)钙钛矿太阳电池

来源：X一MOL资讯

具有p-i-n型器件结构的钙钛矿太阳能电池（PVSC）由于其较低的迟滞和简单的制造工艺而受到越来越多的关注。电荷传输层材料的选择是影响器件性能的关键因素之一。无机半导体材料在载流子传输能力、稳定性和成本等方面较有机半导体材料具备了更多的优势。NiOx由于其良好的稳定性、耐潮湿性以及制备便捷的优点，作为空穴传输层（HTL）材料受到了越来越多的关注。如何进一步提高NiOx的导电性，改善其与钙钛矿材料间的能级匹配以及界面接触差，是广受关注的研究重点。目前，基于NiOx的PVSC的开路电压（Voc）大多不超过1.15V。如何优化NiOx和钙钛矿层之间的界面，并抑制界面处的能量损失仍然是一个挑战。

采用聚合物对NiOx进行表面修饰是一种方便有效的方法，可以改善NiOx/钙钛矿层间的能级对齐与界面接触。近日，浙江大学陈红征教授和吴刚副教授团队通过使用具有不同分子结构的不同聚合物来修饰NiOx层，系统地研究了聚合物结构对器件性能的影响。他们选择了三种聚合物：没有任何功能基团的绝缘聚合物PS, 带有能与Pb2+作用的C=O和OMe基团的绝缘聚合物PMMA, 和半导体聚合物PTAA。研究发现，三种聚合物均能够减小NiOx薄膜的表面粗糙度，从而改善NiOx与钙钛矿间的界面接触。

器件暗电流被抑制，说明了界面缺陷的减少。PMMA中C=O和OMe基团与Pb2+的相互作用有利于缺陷的钝化，从而获得了比PS修饰的器件更高的Voc。NiOx经PTAA表面修饰后，具备了更深的HOMO能级，与钙钛矿层的能级更加匹配，因而减少了能量损失，利于电荷传输。以PMMA、PTAA修饰NiOx为HTL，以(MAPbI3)0.95(MAPbBr2Cl)0.05 为活性层的器件都获得了1.19 V的Voc， 能量损失仅为0.39 V。基于NiOx/PTAA空穴传输层的器件，由于更为匹配的能级结构，获得了三者中最高的光电转换效率(21.56%)。

图1. (a) 表面修饰用聚合物化学结构，(b) 器件结构示意图，(c) 器件J-V曲线。

图2. (a) 器件暗态J-V曲线，(b) 不同光强下的器件Voc的变化，(c) 单空穴器件的J-V曲线。

图3. 能级结构示意图

该工作为提高PVSC的Voc提供了简便的方法，能为NiOx的表面处理提供一定指导。相关工作发表在ACS Applied Materials & Interfaces 上，文章的第一作者是浙江大学的博士研究生连小梅。该研究得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划等项目的资助。