效率超过21%的无电子传输层钙钛矿太阳电池学术资讯

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传统高效的n-i-p 结构钙钛矿太阳电池器件普遍使用需要高温烧结的无机金属半导体氧化物材料作为电子传输层，这增加了工艺复杂性和器件制备成本。此外，已报道的一些电子传输层还可能会引发钙钛矿材料的分解，影响器件稳定性。因此，制备无电子传输层的高效稳定钙钛矿太阳电池是解决上述难题的有效策略。然而，无电子传输层的钙钛矿太阳电池的透明导电基底/钙钛矿界面存在严重的电荷复合，限制了器件效率的进一步提高。

针对上述问题，中山大学团队联合澳大利亚昆士兰大学王连洲教授以及美国北卡罗来纳大学教堂山分校黄劲松教授团队发现在FTO导电玻璃基底上修饰一层超薄的无定型Nb5+氢氧化物(a-Nb0H,图1)可以有效抑制FTO/钙钛矿（PVK）界面间的电荷复合。飞秒瞬态光吸收测试证实在FTO/a-NbOH/MAPbI3界面间的电荷复合时间尺度比FTO/Nb2O5/MAPbI3长了一倍多 (5570 ps ：2500 ps)，有效抑制了界面电荷复合和降低了光电压损失（图2）。因此，在FTO/PVK界面修饰a-NbOH薄层后，无电子传输层的钙钛矿太阳电池器件的开路电压 (Voc) 和填充因子 (FF) 分别从1.02 V和0.66显著提升至1.16 V和0.79，最终获得了21.1%的光电转换效率，该效率是目前文献报道的基于无电子传输层的钙钛矿太阳电池的最高值，显著高于基于高温烧结的Nb2O5电子传输层的电池器件 (18.7%)，以及基于未经修饰的FTO基底的无电子传输层器件 (12.8%)，同时接近目前文献上报道的基于高温烧结的TiO2电子传输层的钙钛矿太阳电池的效率。a-NbOH修饰层的界面钝化以及抑制界面电荷积累和复合的作用使得基于FTO/a-NbOH基底的无电子传输层的钙钛矿太阳电池器件显示出了明显抑制的迟滞现象和优异的器件稳定性（图3）。这种化学原位生长的超薄无定型a-NbOH修饰层可以实现在FTO导电基底的均匀覆盖，器件效率重复性高，且有利于制备大面积电池。研究发现此策略所制备的面积为1.1 cm2的钙钛矿太阳电池也显示出接近20.0%的光电转换效率。

图1. FTO基底修饰a-NbOH制备示意图以及相关表征。

图2.FTO/a-NbOH/钙钛矿以及FTO/Nb2O5/钙钛矿界面处电荷传输与复合的时间尺度表征。

图3. 钙钛矿太阳电池器件表征。
本工作提出了一种崭新的非晶材料界面化学修饰策略，显著抑制了无电子传输层的钙钛矿太阳电池的界面电荷复合，实现高效稳定钙钛矿基光电器件的制备。相关论文在线发表于Angew. Chem. Int. Ed.，第一作者是吴武强教授和廖金凤博士，吴武强教授、王连洲教授和黄劲松教授为共同通讯作者。

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