研究背景

 目前钙钛矿太阳电池的效率因其卓越的光电性能而得到飞速发展，但多晶钙钛矿薄膜中仍存在大量表界面缺陷。这些缺陷一方面会充当非辐射复合中心而降低器件性能，另一方面缺陷会在氧气、水和紫外光等外界因素的压力下作为降解的起始位点使钙钛矿薄膜分解降低器件稳定性。众所周知，钙钛矿太阳电池作为一种光伏器件，不可避免地工作在阳光下，太阳光谱中的紫外线会加速钙钛矿薄膜降解。因此，钝化钙钛矿薄膜缺陷以及增强器件紫外稳定性是钙钛矿太阳电池走向商业化的必经之路。

内容简介

 鉴于此，课题组李佳乐同学近日在ACS Applied Materials & Interfaces发表题为“2,2'-dihydroxy-4,4'-dimethoxy-benzophenon as bifunctional additives for passivated defects and improved photostability of efficient perovskite photovoltaics”的研究论文。文章系统地研究了有机分子2,2'-二羟基-4,4'-二甲氧基二苯甲酮（BP6）对FA_1-XMA_XPbI₃钙钛矿表界面缺陷钝化及增加紫外稳定性的双重作用。通过调节BP6的添加浓度得到了晶粒更大、结晶更好的钙钛矿薄膜，并制备出最高效率22.85%的钙钛矿太阳电池。此外，掺杂BP6的钙钛矿太阳电池经过9小时的高强度紫外照射(60 mW/cm²)仍保持了95%的初始效率。

图1 图文摘要

图文导读

 为了系统地研究添加有机分子BP6对钙钛矿薄膜光电性能的影响，对钙钛矿薄膜进行了PL、UV-Vis、TRPL、SCLC和PL mapping等表征测试（图2所示）。结果显示，BP6处理后的钙钛矿薄膜中的缺陷密度降低，非辐射复合减少。

图2 钙钛矿薄膜的光电性能表征

（a）PL，UV-Vis，（b）TRPL，（c）SCLC，（d）对照组薄膜的PL mapping图，（e）添加BP6的PL mapping图

 如图3所示，经BP6处理后器件的内建电势(V_bi)更高，表明钙钛矿层间的电场更强。有机分子钝化降低了缺陷能级并允许更多的载流子扩散，使得能带弯曲，耗尽区加宽，即势垒电容减小而内建电场增加，这有利于界面电荷转移和抽取，有效抑制了电子-空穴复合。

图3 钙钛矿器件的光电性能表征

（a）C-V，（b）V_OC值对于不同光照强度的依赖性关系，（c）UPS，（d）能带变化示意图

 如图4所示，长期室内稳定性和隔绝水氧的紫外稳定性两项测试结果表明添加BP6的钙钛矿器件稳定性得以明显提升。通过随光照时间进行PL光谱可以发现，对照组薄膜峰位蓝移，峰强降低，而添加BP6的样品得到了几乎恒定位置和强度的PL曲线。光照前后的SEM表征结果表明原始钙钛矿薄膜中出现的大量未反应的PbI₂晶体会在紫外光照下发生光解，而添加BP6后的对照组薄膜则没有这一现象。

图4 钙钛矿器件的稳定性测试及表征

（a）长期稳定性测试，（b）紫外稳定性测试，（c）紫外光照不同时间的PL光谱，（d-g）紫外光照前后的SEM图

这些结果证实，通过添加多功能紫外吸收剂（如本文中的BP6）是获得高效和紫外稳定钙钛矿太阳电池的一种简便实用的策略。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c08224