通过氟化离子分子增强钙钛矿太阳能电池的界面愈合能力及耐用性

《Joule》：Buried-interface healing and durability enhancement in perovskite solar cells via fluorinated ionic molecules

　　

背景与研究规模

自组装单层（SAMs）在倒置钙钛矿太阳能电池（PSCs）中是不可或缺的孔选择性接触层，因为它们能够高效地提取空穴并对界面进行钝化。然而，在基于极性溶剂的钙钛矿沉积过程中，SAM覆盖不均匀以及部分脱附会导致界面泄漏、非辐射复合、结晶质量差和热/界面稳定性降低，从而限制了器件性能。本文提出了一种原位离子引导的SAM重构策略，通过将4-氟苯乙基铵三氟乙酸酯（FPEATFA）引入钙钛矿前驱体来实现这一目标。4-氟苯乙基铵（FPEA）阳离子和三氟乙酸（TFA）阴离子的协同作用可以指导钙钛矿结晶，促进SAM在基底上的均匀分布，并同时钝化晶界和埋藏的界面缺陷。结果表明，1.55 eV的PSCs实现了27.13%的功率转换效率（PCE）（认证值为26.61%），并且在ISOS-L-1I协议下进行1000小时的最大功率点跟踪（MPPT）后仍保持97.5%的初始效率；在85°C下连续退火1000小时后效率仍为90%（ISOS-D-2I）；经过300次热循环（-40°C至85°C，IEC 61215和ISOS-T-3I）后效率仍为98.5%。此外，该策略在1.68 eV宽带隙器件中同样有效，认证功率转换效率为24.22%。总体而言，这种方法为同时提升界面鲁棒性和薄膜质量提供了有希望的途径，从而提高了钙钛矿光伏器的效率和长期稳定性。

研究亮点

•

原位离子调控使SAM均匀分布并修复埋藏的界面

•

氟化分子可减轻界面空洞并抑制脱质子化

•

该策略在1.55 eV器件中实现了27.1%的PCE，在1.68 eV器件中实现了24.2%的PCE

总结

作为空穴传输层的自组装单层（SAM）显著提升了钙钛矿太阳能电池（PSC）的器件性能。然而，诸如覆盖不均匀和沉积过程中因脱附导致的SAM失效等问题仍是限制PSC效率和耐久性的主要因素。本文提出了一种原位氟化分子引导的离子调控策略，通过将4-氟苯乙基铵三氟乙酸酯（FPEATFA）引入钙钛矿前驱体来实现。4-氟苯乙基铵（FPEA）阳离子和三氟乙酸（TFA）阴离子的协同作用可以引导钙钛矿结晶，促进SAM的均匀分布，修复界面和晶界缺陷，抑制埋藏的界面脱质子化，并同时增强固有稳定性。此外，由氟化离子诱导的场效应钝化也有效提升了界面电荷传输效率。优化后的1.55 eV PSCs实现了27.13%的功率转换效率（认证值为26.61%），并且具有出色的稳定性。该策略在宽带隙（1.68 eV）器件中同样有效，认证功率转换效率为24.22%。

图形摘要