引言

溶液法制備基於有機-無機鹵素鈣鈦礦薄膜太陽能電池近幾年來在世界範圍內引起廣泛關注。在過去七年中，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化效率由最初的3%一路上升到目前的22%。雖然鈣鈦礦太陽能電池已取得如此大的進展，但在其商業化的道路上仍然有幾個亟待解決的嚴峻問題，包括形貌控制，低結晶度和難以重複等等，而其中因鈣鈦礦材料易遇水分解帶來的穩定性問題表現的尤爲迫切。

成果簡介

近日，蘇州大學功能納米與軟物質研究院的馬萬里教授團隊在Advanced Functional Materials上在線發表了題爲A Universal Strategy to Utilize Polymeric Semiconductor for Perovskite Solar Cells with Enhanced Efficiency and Longevity的論文。他們分別利用P型和N型兩類共軛聚合物材料 (PF-0, N2200)，並對分子主鏈進行氫-氟(H-F)原子取代，得到兩組聚合物材料。將共軛聚合物通過反溶劑萃取途徑應用於旋塗製備的MAPbI3鈣鈦礦薄膜太陽能電池中。在不影響鈣鈦礦結晶度的情況下，對鈣鈦礦薄膜進行了有效的鈍化，相比於標準器件最高17.7%的光電轉換效率，引入聚合物鈍化的器件最高效率能達到18.7%。更重要的是，共軛聚合物和有機-無機鈣鈦礦材料在表面能上的巨大差異，加上良好的的成膜性能，使得共軛聚合物能在鈣鈦礦表面形成連續的一層疏水保護層。特別是引入F原子之後，增加了聚合物材料的疏水性，使得鈣鈦礦薄膜表面變得更加疏水，可以實現有效的隔絕水氧的作用，對水汽敏感的鈣鈦礦層起到良好的保護作用。放置在室溫條件下，相對溼度30%，30天內的效率能保持在90%以上。在持續光照條件下相比於無聚合物處理的電池器件穩定性也顯著提升。考慮到共軛聚合物是一種低毒的光電材料，其分子結構和電學能級可以靈活調節，因此找到更適宜的聚合物材料將會對鈣鈦礦太陽能電池的發展起到重要的推動作用。

圖文導讀

圖1 a)鈣鈦礦太陽能電池結構示意圖，b) 含氟及不含氟的P型及N型共軛聚合物分子結構式， c)聚合物輔助的反溶劑萃取法制備鈣鈦礦薄膜流程圖

圖2 含氟及不含氟的P型及N型共軛聚合物修飾鈣鈦礦薄膜太陽能電池器件最優I-V曲線(插圖爲20個器件效率統計分佈)

圖3 共軛聚合物修飾鈣鈦礦薄膜及對照組PDS測試圖

圖4 無修飾及共軛聚合物修飾後的鈣鈦礦薄膜SEM形貌圖及晶粒大小統計

圖5 二維GIWAXS 測試圖，a) 純 MAPbI3, b) MAPbI3+N2200，c) MAPbI3+F-N2200，d) MAPbI3+PF-0，e) MAPbI3+PF-1，f) 一維(110)衍射峯，g) (110)衍射峯的弧度積分統計圖

圖6 含氟及不含氟的P型及N型共軛聚合物修飾鈣鈦礦薄膜的穩態熒光測試及瞬態熒光壽命測試圖

圖7 含氟及不含氟的P型及N型共軛聚合物修飾鈣鈦礦薄膜的接觸角測試圖

圖8 含氟及不含氟的P型及N型共軛聚合物修飾太陽能電池器件在空氣中的暗態及光照條件保存下效率變化趨勢

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