桐荫横浜大学《AFM》：阳光下效率超17%，室内光线效率超34%！

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全无机CsPbX₃(X=I，Br)钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其优异的热稳定性而受到越来越多的关注。在CsPbX₃钙钛矿中，CsPbI₂Br是最受欢迎的一种，因为它很好地平衡了相稳定性和禁带宽度。然而，CsPbI₂Br仍然对水分很敏感，这会催化从光活性相到光非活性相的不良相变。为了缓解空穴传输材料(HTM)中使用的吸湿性掺杂剂引起的CsPbI₂Br的水分辅助相变问题，开发无掺杂剂的HTMS是必要的。

来自桐荫横浜大学的学者开发了一种新型聚合物PDTDT，作为一种用于CsPbI₂Br太阳电池的无掺杂HTM，并与使用无掺杂P3HT的电池的器件性能和稳定性进行了系统的比较。采用PDTDT的CsPbI₂Br太阳电池的效率为17.36%，V_OC为1.42V，FF为81.29%，是CsPbI₂Br电池中效率最高的电池之一。在200lux室内光照度下，获得了34.20%的V_OC为1.14V的高效率和14.54%的效率(认证效率为13.86%)。重要的是，PDTDT显示出优于P3HT的器件稳定性/与P3HT相当，有望成为流行的掺杂Spiro-OMeTAD和P3HT HTM的替代品。相关文章以“Dopant-Free Polymer HTM-Based CsPbI2Br Solar Cells with Efficiency Over 17% in Sunlight and 34% in Indoor Light”标题发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202103614

图1| a)PDTDT分子结构和b)PDTDT的UV-Vis(黑线)和稳态PL(蓝线)光谱；c)CsPbI₂Br的能级和HTMS的HOMO能级；d)2DGIWAXS图和e)方位积分PDTDT薄膜的2D GIWAXS图和e)一维GIWAXS图；f)PDTDT基薄膜的横截面SEM图像

图2. a)J-V曲线和b)冠军目标和参考太阳能电池的IPCE谱；c)冠军目标太阳能电池的SPO；d)J_SC，e)V_OC，f)FF，g)PCE和h)目标和参考太阳能电池的滞后指数的统计分布。

图3.a)纯空穴器件的无光照J-V曲线；b)VOC对光强的依赖关系；c)目标和参考太阳能电池在LED照明下的J-V曲线；d)稳态PL光谱；来自e)HTM侧和f)ITO侧激发的目标和参考样品的TRPL光谱。(c)中的虚线和实线分别表示正向扫描和反向扫描。(e)和(d)中的实线是TRPL的fting。

图4.归一化的a)J_SC、b)V_OC、c)FF和d)PCE随存储时间的变化；e)85°C加热下归一化PCE变化。插图：太阳能电池加热150小时后的背面照片。

图5.a)冠军目标和参考1cm²太阳能电池的J-V曲线(插图：1cm²太阳能电池的照片)；b)我们实验室测量的目标1cm²太阳能电池的J-V曲线；c)AIST的认证结果；归一化d)J_SC，e)V_OC，f)FF，g)连续一次太阳照射下PCE的变化；h)目标太阳能电池在一次太阳照射下的归一化PL。

综上所述，本文成功地开发了一种新型聚合物PDTDT，作为CsPbI₂Br太阳电池的高效无掺杂剂HTM。使用PDTDT，电池的最佳工作效率为17.36%，V_OC为1.42V，FF为81.29%，滞后可以忽略不计。而使用无掺杂剂P3HT的参比电池的PCE较低，为15.22%，且存在严重的滞后现象。同时，在200lux室内光照下，1.14V V_OC的效率达到了34.20%，在一天的日照下，1cm²电池的效率达到了14.54%(认证效率为13.86%)。PDTDT的羰基可以钝化钙钛矿薄膜的表面缺陷，降低界面陷阱密度和载流子复合。此外，与P3HT相比，基于PDTDT的电池表现出更好的热稳定性和光稳定性，以及相当的长期湿度稳定性。目前的研究表明，PDTDT是一种非常有前途的全无机PSCs的无掺杂HTM，本文相信它可以帮助开发高效稳定的CsPbI₂Br电池，用于串联电池和室内光伏应用。（文：SSC）