分会

第二十六分会：有机光伏材料与器件

摘要

钙钛矿太阳能电池因其高效、廉价的特性受到了广泛的关注。然而当前性能优异的钙钛矿材料均含有毒重金属元素——铅。锡与铅是同主族元素，两者拥有相似的离子半径与电子结构。用无毒的锡来取代铅是制备“无铅钙钛矿太阳能电池”的选择之一。 然而，当前锡钙钛矿太阳能电池的最高效率仅为10%，远低于铅钙钛矿（25.2%）。锡钙钛矿中有大量的锡空位缺陷，且锡钙钛矿中+2价锡极易被氧化为+4价，造成了较高的背景载流子浓度与较低的器件开路电压1,2。此外，锡钙钛矿的能级位置较浅，钙钛矿层与常见电子传输层之间的能垒较大，进一步降低了器件开路电压。 本文针对锡钙钛矿能级失配问题，将一种能级较浅的、名为茚-C60双加合物（ICBA）的新型电子传输层材料应用于器件中3。紫外光电子能谱测试证明，与传统电子传输层[6.6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）相比，ICBA的LUMO能级更浅、更接近于钙钛矿的导带底（Fig. 1a）。由于器件开路电压的极限取决于电子、空穴准费米能级之差，用ICBA做电子传输层会比用PCBM有更大的开路电压。此外，通过扫描开尔文探针显微镜、时间分辨荧光与电致发光测试，我们证明了钙钛矿-ICBA的界面复合要弱于钙钛矿-PCBM界面。最后，我们以聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)（PEDOT:PSS）为空穴传输层，ICBA为电子传输层，浴铜灵（BCP）为空穴阻挡层，Ag为电极构建了锡钙钛矿太阳能电池，获得了0.94 V的开路电压与12.4%的认证效率（Fig. 1b）。这两者均是当前锡钙钛矿太阳能电池领域内的最高值。

关键词

太阳能电池;钙钛矿;能级匹配;器件结构

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