"新型一步共沉积法制备3PATAT-C3基钙钛矿太阳能电池：界面工程与效率突破"

为解决倒置(p-i-n)钙钛矿太阳能电池(PSCs)中空穴传输层(HTL)与钙钛矿界面覆盖不足的问题，研究人员创新性地将三足分子3PATAT-C3直接加入钙钛矿前驱体溶液，开发了一步共沉积p-i层技术。该研究实现了21.4%的功率转换效率(PCE)和78.7%的填充因子(FF)，性能超越传统分步沉积法，为简化制备工艺、推动商业化提供新思路。

　　

在能源转型的全球背景下，钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其惊人的效率提升速度成为光伏领域的新星。然而传统倒置(p-i-n)结构中，空穴传输层(HTL)与钙钛矿的界面问题始终是性能提升的瓶颈——自组装材料(SAM)形成的超薄HTL虽能减少光吸收损失，却因与钙钛矿前驱体溶液的润湿性差导致界面缺陷。更棘手的是，传统分步沉积工艺复杂，且常用HTL材料Spiro-OMeTAD因需掺杂添加剂而稳定性欠佳。

针对这些挑战，东京化学工业株式会社的研究人员独辟蹊径，将具有三足分子结构的[[5H-diindolo[3,2-a:3′,2′-c]carbazole-5,10,15-triyl]tris(propane-3,1-diyl)] trisphosphonic acid(3PATAT-C3)直接引入钙钛矿前驱体，开发出无需反溶剂的一步共沉积技术。这项发表于《Organic Electronics》的研究，通过精妙的界面工程设计，不仅简化了制备流程，更实现了效率的显著突破。

研究团队采用紫外可见光谱(UV-vis)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和X射线光电子能谱(XPS)等多维表征手段，系统分析了薄膜形貌与物理特性。通过接触角测试验证界面特性，结合电致发光(PL)光谱评估非辐射复合抑制效果，最终利用电流密度-电压(J-V)曲线和稳态功率输出(SPO)测试验证器件性能。

形貌与结构特性
XRD分析显示，2.10 mM 3PATAT-C3的添加未改变钙钛矿晶格结构，但20.0 mM浓度会导致晶粒尺寸减小。AFM图像直观证实，优化浓度下薄膜均一性良好，RMS粗糙度保持稳定。

界面与钝化效应
PL测试揭示，2.10 mM样品发光强度达对照组的1.6倍，表明3PATAT-C3有效钝化界面缺陷。XPS检测到20.0 mM样品表面磷元素信号，证实过量添加会导致分子在薄膜上层偏析。溶解实验结合接触角测量则证明，共沉积法仍能在ITO界面形成稳定的SAM层。

器件性能突破
最优浓度(2.10 mM)器件实现21.4%的PCE和78.7%的FF，较分步沉积对照组提升35%。EQE谱显示500-800 nm波段响应增强，对应J_sc提升2 mA/cm²。特别值得注意的是，反向漏电流从对照组的1.2×10^-3降至4.2×10^-4 mA/cm²，印证了界面阻挡特性的改善。

这项研究通过分子设计结合工艺创新，成功解决了SAM基HTL与钙钛矿的界面兼容性问题。3PATAT-C3的三足结构不仅增强界面锚定，其咔唑单元还通过疏水作用减少界面缺陷。相较于传统单足SAM(如Me-4PACz)，三足分子展现出更优异的载流子提取能力。研究证实，将SAM整合进钙钛矿前驱体的策略，既能保留SAM的界面调控优势，又可规避分步沉积的覆盖缺陷，为开发高效稳定的PSCs提供了新范式。该技术路线因其工艺简化和性能提升的双重优势，在推动钙钛矿光伏商业化进程中具有重要应用前景。