摘要：

磁控溅射制备的氧化铟锡（ITO）是目前半透明和叠层钙钛矿太阳电池领域应用最广泛的透明导电金属氧化物。然而，磁控溅射中高能ITO粒子会对底层功能薄膜造成损伤从而降低光伏性能。谭占鳌课题组提出了界面反应溅射策略，构建了具有高透光率和优异载流子输运能力的C₆₀/PEI/ITO复合电极，实现了高性能的半透明/叠层器件。选择聚乙烯亚胺(PEI)作为界面反应物，PEI上丰富的氨基可以与溅射的ITO纳米粒子发生反应，在ITO沉积过程中形成配位化合物，促进C₆₀/PEI/ITO界面的载体运输。同时大大减轻了高能ITO颗粒的冲击力，保证了下面C₆₀层和钙钛矿层的完整性。所制备的半透明电池能量转换效率(PCE)提高至19.17%，远高于C₆₀/ITO的对比电池(11.64%)。此外，基于PEI的器件表现出优异的存储稳定性，2000小时后仍保持初始效率的98%。在界面反应溅射ITO电极的基础上，进一步成功制备了效率为26.89%的四端全钙钛矿叠层电池和效率为24.33%的二端钙钛矿-有机叠层电池。

正文：

该工作构建了具有高透光率和优异载流子输运能力的C₆₀/PEI/ITO复合电极，实现了高性能的半透明和叠层太阳电池。通过理论计算、X射线光电子能谱测试和电子迁移率测试证明了PEI和ITO之间的相互作用，增强了器件界面处的电荷转移（图1）。通过氯苯可溶解上层C60的特点使钙钛矿层暴露，并通过电镜、X射线衍射、组装器件等方式研究了有无C₆₀/PEI/ITO结构的钙钛矿薄膜质量（图2）。该结构在1.55 eV、1.66 eV和1.77 eV 带隙半透明钙钛矿太阳电池中均展现出优异的光电转化效率以及储存、光、热稳定性，具有良好的通用性（图3）。基于C₆₀/PEI/ITO复合电极，半透明钙钛矿太阳电池的效率可达19.17%，钙钛矿-钙钛矿4T叠层太阳电池的效率可达26.89%，钙钛矿-有机2T叠层太阳电池的效率可达24.33%（图4）。

图1. PEI与高能ITO粒子的配位相互作用及电子迁移率等性能表征

图2. 基于None，BCP，PEI的半透明钙钛矿太阳电池抗溅射性能表征

图3. 基于None，BCP，PEI的半透明钙钛矿太阳电池器件性能及稳定性测试

图4. 基于PEI的4T钙钛矿-钙钛矿叠层和2T钙钛矿-有机叠层太阳电池

该工作以“Interface Reactive Sputtering of Transparent Electrode for High-Performance Monolithic and Stacked Perovskite Tandem Solar Cells”为题发表于《Adv. Mater.》期刊上，第一作者为北京化工大学博士生董怡曼，通讯作者为李明华副教授和谭占鳌教授。该研究工作得到了国家自然科学基金项目以及中央高校基本科研业务费专项资金的资助。

文章信息

Y. Dong, R. Yu, G. Su, Z. Ma, Z. He, R. Wang, Y. Zhang, J. Yang, Y. Gong, M. Li, Z. Tan, Adv. Mater. 2024, 2312704. DOI: 10.1002/adma.202312704

原文链接

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202312704