经典好文必看 量子技术如何加速科学研究？

【重点摘要】

此研究文章由 Prof. Brabec 团队于 Science 刊登发表。

• 用于钙钛矿太阳能电池的新型 Ta-WOx 和聚合物 HTM 界面

• Ta-WOx 与聚合物形成准欧姆接触，减少势垒

• 钙钛矿电池实现了21.2%的效率和出色的稳定性

• 适用于各种不含离子掺杂剂的可扩展聚合物

• 深层聚合物HOMO水平提高稳定性

• 实现高效能、无滞后且稳定的钙钛矿太阳能电池的制造

钙钛矿太阳能电池需要稳定、廉价的电洞传输材料（HTM）。目前的 HTM（例如 spiro-MeOTAD）不稳定，需要离子掺杂剂。这项研究开发了一种掺钽氧化钨 (Ta-WOx) 中间层，可与廉价聚合物形成准欧姆接触，从而无需掺杂剂。研究人员在低温下对所有层进行了溶液处理。 UPS 揭示了与聚合物价带对齐的 Ta-WOx 间隙态，从而实现高效的电洞传输。值得注意的是，具有聚合物/Ta-WOx介面的钙钛矿太阳能电池实现了21.2%的效率和出色的稳定性，1000小时后仍保持95%的效率。使用 Enli Technology EQE 系统记录外部量子效率 (EQE) 光谱以验证光电流。无掺杂剂介面普遍适用于各种可扩展的聚合物。此外，深层聚合物 HOMO 能阶阻止了与钙钛矿的反应。这种无磁滞、稳定的架构克服了关键限制，为与大批量生产相容的高效能钙钛矿太阳能电池提供了一条途径。

Fig G.性能最佳装置的 EQE 和整合电流为 22.2 mA/cm2。

本研究使用Enlitech QE-R产品进行量测。

【研究方法】

• 用于在与塑胶基材相容的低温（<140°C）下沉积所有层的溶液处理方法

• 透过火焰喷射热解合成 Ta-WOx，并透过旋涂将其掺入聚合物中

• 透过「溶剂淬火」方法沉积的钙钛矿吸收层

• 用于制造电子传输自组装单分子层（C60-SAM）的富勒烯

• 光电发射光谱 (UPS)，用于研究界面处的能阶

• AM1.5G 照明下太阳能电池效率与稳定性表征

• SEM、TOF-SIMS、AFM 用于分析层形态和相互扩散

• J-V 曲线、EQE 和 EL 用于评估电荷传输和接触

• 仅用于专门评估孔提取/注入的孔设备

• 系统地比较不含离子掺杂剂的聚合物，以显示方法的普遍性

【研究成果】

• Ta-WOx 与聚合物形成低电阻接触

• Ta-WOx 中的间隙态有利于掺杂和电荷转移

• 钙钛矿电池实现了 21.2% 的效率，高于其他 HTM

• 滞后可忽略不计，重现性极佳

• Ta-WOx 保护钙钛矿，提高稳定性

• 连续照明 1000 小时后，电池仍保持 95% 的效率

• 适用于各种无掺杂剂的可扩展聚合物

• 深层聚合物HOMO提高稳定性

• 实现高效、稳定、无磁滞的钙钛矿太阳能电池