ABX₃型钙钛矿材料的能带结构能在大范围内调节（1.2~2 eV）（Semicond. Sci. Technol. 2019, 34 (9), 093001.），其中Pb基钙钛矿材料的能带结构适中（1.5~1.7 eV），并且Pb基钙钛矿的电池实现了最高25.2 %的工作效率（NREL Efficiency Chart）。低能带Sn/Pb ABX₃结构钙钛矿材料实现了高达>20 %的光伏转化效率，但是这些材料通常稳定性较差，这是因为电池中使用的酸性PEDOT：PSS空穴传输层材料和钙钛矿材料中的有机甲胺组分稳定性较差。因此，美国科罗拉多大学、国家可再生能源实验室的研究者合作发表了一种钙钛矿太阳能制备新方法，即不使用甲胺组分、并在钙钛矿薄膜生长过程中使用N₂吹扫方法代替传统的反溶剂法，实现了对钙钛矿薄膜质量的控制并实现了改善薄膜的不均匀wrinkling现象。同时，通过在空穴传输层中使用PTAA（Poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine]）代替PEDOS: PSS，优化后的器件0.06 cm²电池的效率达到20 %，1 cm²电池的效率达到17.5 %。改善的器件展现了比较高的热稳定性，在85 ℃工作4000 h后保持了80 %的效率。

本文要点：

（1）器件制作过程。

         在干净的ITO玻璃上进行涂膜PTAA空穴传输层，随后在ITO/PTAA上制备了无甲胺的FA_0.75Cs_0.25Sn_0.5Pb_0.5I₃钙钛矿薄膜材料，其能带值~1.25 eV，钙钛矿薄膜厚度为850 nm。随后通过在旋涂过程种引入N₂气流对钙钛矿薄膜进行处理，随后钙钛矿薄膜在120 ℃加热10 min（N₂气氛）。同时制备了基于传统反溶剂法的钙钛矿薄膜器件。通过XRD测试对反溶剂法和N₂吹扫法得到的钙钛矿薄膜质量，结果显示N₂吹扫法得到的钙钛矿薄膜有更高的（100）峰强度，并且（100）/（111）比值也更高。通过红外测试方法对不同处理方法的钙钛矿薄膜组成进行研究，结果显示N₂吹扫能够有效的消除残留DMSO。使用SEM方法对钙钛矿薄膜结晶情况进行研究，发现N₂吹扫方法能有效的提高钙钛矿薄膜的均匀性。

（2）器件工作效率测试。

         制作了基于glass/ITO/undoped PTAA/FACsSnPbI₃/C60/SnO₂/ZTO/IZO结构的器件。基于PTAA传输层的器件具有19 % （0.06 cm²）工作效率（最高的工作效率高达20 %），文献种对照器件的工作效率为~20 %。同时通过PTAA传输层的电池开路电压为798 mV，对照电池的开路电压为~830 mV。

参考文献

Jérémie Werner; Taylor Moot; Tyler A. Gossett; Isaac E. Gould; Axel F. Palmstrom; Eli J. Wolf; Caleb C. Boyd; Maikel F. A. M. van Hest; Joseph M. Luther; Joseph J. Berry; Michael D. McGehee*

Improving Low-Bandgap Tin–Lead Perovskite Solar Cells via Contact Engineering and Gas Quench Processing

ACS Energy Lett. 2020, 5, XXX, 1215-1223 DOI: 10.1021/acsenergylett.0c00255

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.0c00255