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可打印介观钙钛矿太阳能电池(p-MPSCs)不需要传统p-n结所需的额外空穴传输层，但也显示出较低的功率转换效率，约为19%。

2024年3月14日，华中科技大学韩宏伟、梅安意及凌福日共同通讯在Science 在线发表题为“Electron injection and defect passivation for high-efficiency mesoporous perovskite solar cells”的研究论文，该研究进行了器件模拟和载流子动力学分析，设计了一种具有半导体二氧化钛、绝缘二氧化锆和钙钛矿渗透导电碳的介孔层的p-MPSC，使光激发电子能够三维注入二氧化钛中，以便在透明导体层收集。

空穴向碳背电极远距离扩散，这种载流子分离减少了背接触处的复合。磷酸铵改性降低了大块二氧化钛/钙钛矿界面的非辐射复合。所得到的p-MPSCs在55 ± 5°C的最大功率点跟踪750小时后，功率转换效率达到22.2%，并保持其初始效率的97%。

大多数钙钛矿太阳能电池(PSCs)采用层状结构，包括空穴传输层(HTLs)和贵金属电极。可打印介观PSCs (p-MPSCs)是一种不使用HTLs或金属电极的替代平台。在p-MPSCs中，钙钛矿渗透到介孔TiO₂ (mp-TiO₂)/介孔ZrO₂ (mp-ZrO₂)/介孔碳(mp-C)的支架中。mp-TiO2层是电子传输层(ETL)，多孔碳是后电极和空穴收集器，mp-ZrO₂层使ETL与后电极绝缘。在这种结构中，钙钛矿可以将孔传输到背电极。p-MPSCs可以在环境中通过丝网印刷制造，这可以实现可扩展生产。

基于三介孔层的p-MPSCs在成本和稳定性方面表现出令人鼓舞的前景，但功率转换效率(PCEs)仍然相对较低，为16%至19%。更高的PCEs需要选择性收集载流子和有效抑制缺陷辅助的界面重组。钙钛矿和碳在pMPSCs中的直接接触阻止了具有不对称电子和空穴电导率的空穴选择性界面的构建，而在其他pMPSCs中，这可以通过与HTLs调制能级排列来实现。由于电子和空穴都可以注入后电极，因此非选择性界面有利于复合。因此，p-MPSCs≤19%的相对较低的冠军PCEs具有较低的开环电压(V_OC)。

设备结构及工作机理（图源自Science ）

该研究证明了pMPSCs中的ETL通过在体界面处的三维注入，在中尺度上从钙钛矿的介孔中提取电子，以限制电子向后电极的远距离扩散。这样，导致电压损失的复合问题是由前面的ETL/钙钛矿界面而不是后面的钙钛矿/碳界面造成的。研究人员报道了由软酸性阳离子和硬碱性阴离子组成的盐通过促进表面氧空位的电离来钝化TiO₂上的缺陷，从而抑制了复合。用磷酸季铵处理mp-TiO₂ ETL后，PCE提高到>22%，VOC亏损较小，仅为350 mV。突破pMPSCs的PCE瓶颈，获得高性能光伏板，为低成本发电提供了全湿加工技术和工业丰富材料的解决方案。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk9089

来源：iNature