前言

近年来，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已可与单晶硅电池相媲美。尽管发展迅速，但有机-无机杂化钙钛矿稳定性差严重阻碍了其商业应用。以CsPbI₂Br为代表的全无机钙钛矿具有良好的热稳定性和出色的光电性能被认为是解决这一问题的有希望的替代者。尽管目前CsPbI₂Br钙钛矿太阳能电池的光电转换效率（PCE）超过了17%，但仍落后于有机-无机钙钛矿太阳能电池。限制CsPbI₂Br钙钛矿太阳能电池性能的关键因素是其固有缺陷和界面缺陷以及钙钛矿和载流子传输层之间的能级不匹配。基于功能材料的界面和添加剂工程被认为是提高钙钛矿太阳能电池性能的有效方法。然而，据报道，这些材料中的大多数在钙钛矿太阳能电池中仅起一种作用。因此，选择合适的功能材料同时实现减少的固有缺陷和界面缺陷并优化能级排列对于进一步提高CsPbI₂Br电池效率和稳定性具有重要意义。

工作内容

近日，西南交通大学前沿科学研究院黄鹏研究员、电子科技大学光电科学与工程学院王东升副教授和刘晓东副教授带领的团队在全无机CsPbI₂Br钙钛矿太阳能电池的界面和添加剂工程中取得新的进展。相关成果“Interfacial and Doping Synergistic Effect of Versatile Potassium Acetate toward Efficient CsPbI₂Br Perovskite Solar Cells”发表在ACS Appl. Energy Mater（DOI:10.1021/acsaem.3c00448）。通讯作者是西南交通大学前沿科学研究院黄鹏研究员、电子科技大学光电科学与工程学院王东升副教授和刘晓东副教授。该工作针对功能材料的界面和添加剂工程在全无机CsPbI₂Br钙钛矿太阳能电池中使用多功能乙酸钾（KAc）作为阴极缓冲层（CBL）、电子传输层（ETL）和钙钛矿添加剂。对应KAc的器件效率均高于对照组器件。特别是，通过在SnO₂ ETL和CsPbI₂Br钙钛矿之间引入KAc实现了界面修饰和掺杂的协同效应。对于界面效应，KAc可以钝化Sn相关缺陷，并优化SnO₂/CsPbI₂Br处的界面能级排列。对于掺杂效应，由于其在钙钛矿前驱体溶剂中的良好溶解性，KAc旋涂钙钛矿过程中的被部分掺杂到钙钛矿前驱体溶液中，可钝化未配位的Pb²⁺。由于界面和掺杂的协同作用，插入KAc CBL后器件的PCE从12.91%显著提高到15.71%。此外，采用KAc CBL的器件具有卓越的长期热稳定性。该研究提供了一种多功能材料，可以同时钝化界面和体缺陷并优化界面能级排列，从而提高全无机钙钛矿太阳能电池的性能。

小结

本文工作证明了在SnO₂ ETL和CsPbI₂Br之间添加KAc CBL提高器件的性能。采用KAc CBL的器件实现了15.71%的PCE，高于对照器件（12.91%）。主要的作用机理是：（i）界面效应：钝化了SnO₂未配位的Sn⁴⁺缺陷，并调整钙钛矿和ETL之间的能级;（ii）掺杂效应：提高结晶度和晶粒尺寸，减少其固有缺陷。此外，采用KAc CBL的器件还表现出卓越的长期热稳定性。该工作表明，多功能KAc是高性能钙钛矿基光电器件有前途的材料。