Science：新型HTM助力稳定高效钙钛矿太阳能电池

Yi Hou ， Christoph J Bravec 等人发现，使用 Ta 掺杂的 WO _x / 共聚物组成的 HTM 界面传输层（ PDCBT/Ta-WO _x ）可以形成 quasi-ohmic 接触，有效降低界面势垒，阻止 Au 迁移，结合使用 C ₆₀ 单层自组装膜（ C ₆₀ -SAM ）作为电子传输层可以，使得新型的钙钛矿太阳能电池效率可达 21.2% ，并且可以稳定运行超过 1000 小时。

首先将 C ₆₀ -SAM 通过磷酸根基团铆钉于 ITO 作为 ETM （或者使用 C ₆₀ -SAM/SnO _x /PC60BM (PC60BM = [6,6]-phenyl-C ₆₀ -butyricacid methyl ester) ，然后将钙钛矿 FA _0.83 MA _0.17 Pb _1.1 Br _0.50 I _2.80 生长其上，最后沉积 Ta-WO _x 掺杂的 PDCBT 作为 HTM 。该工艺所有过程均在 140℃ 以下进行。

相比于 Fig 1a 中的 PDCBT/Au,WO _x /PDCBT 等 HTM 的 S 型 j-V 曲线， PDCBT/Ta-WO _x 和 PDCBT/MoOx 的非 S 型曲线意味着其界面传输能垒更低，并且含有 Ta-WO _x 的 HTM 的 Fill factor 超过了 75% 。 Ta 掺杂使得 WO _x 由原来的浅绿色变为深棕色 , electroluminescence (EL) 显示 Ta 掺杂后的 WO _x 比单纯的 WO _x 有更高的空穴注入效率。

此外， ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS ， Fig 2) 显示 Ta-WOx 的功函相比 WOx 降低了 0.2 eV ，与 PDCBT 组成界面可使得其功函进一步降低 0.5 eV 到 -4.3 eV 。而 WO _x 与 PDCBT 组成界面后只降低了 0.2eV. 在空穴传输层单极 j-V 测试中（ Fig 2E ），相比于 ITO/PEDOT:PSS/PDCBT/Au [PEDOT:PSS=poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate], ITO/PEDOT:PSS/PDCBT/Ta-WOx/Au 的对数型曲线说明 Ta-WO _x 与 PEDOT:PSS 的界面属于 quasi-ohmic 接触。通过 Time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS) 可以发现 Ta-WO _x 的引入可以大幅抑制 Au 的迁移，并且进一步阻止电流泄露（ Fig 2F ）。

Fig3 A 显示，相比于其他多种 HTM ， PDCBT/Ta-WOx HTMs 有着更好的能级匹配，甚至优于未经 Li 等离子掺杂的 spiro-MeOTAD 。而将 Ta-WO _x 覆盖于 spiro-MeOTAD 所组成的钙钛矿太阳能电池效率可达 12.9% ，位列非掺杂型的 spiro-MeOTAD 基钙钛矿太阳能电池最佳的效率。

以 FA _0.83 MA _0.17 Pb _1.1 Br _0.50 I _2.80 未基础组成的 C ₆₀ -SAM/perovskite/PDCBT/Ta-WO _x 其效率可达 19.0% 。在 ETM 中进一步将 SnO _x /PC60BM 覆盖于 C ₆₀ -SAM 之上可使得效率提升至 21.2% ，碘蒸气处理也发现具有更深能级的 PDCBT 具有更高的稳定性，结合 Ta-WO _x 可以使得该钙钛矿电池可以稳定超过 1000 小时。