1. 實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

　　碘化鉛(PbI?，純度 99.999%)、溴化鉛(PbBr?，純度 99.99%)、甲脒氫碘酸鹽(FAI，純度 99.5%)、甲基碘化胺(MAI，純度 99.5%)、碘化銫(CsI，純度 99.999%)、[6,6]- 苯基 C??- 丁酸甲酯(PCBM，純度 99%)、2,9 - 二甲基 - 4,7 - 二苯基 - 1,10 - 菲咯啉(BCP，純度 99%)、[2-(3,6 - 二甲氧基 - 9H - 咔唑 - 9 - 基) 乙基] 膦酸(MeO-2PACZ，純度 98%)購(gòu)買自西安浴光能日光能科技有限公司;二甲基亞砜(DMSO，超干溶劑，純度 99.9%)、N,N - 二甲基甲酰胺(DMF，超干溶劑，純度 99.8%)、氯苯(超干溶劑，純度 99.8%)、乙醇(超干溶劑，純度 99.5%)、異丙醇(分析純)購(gòu)買自百靈威科技有限公司;5,6 - 二氯吡嗪 - 2,3 - 二腈(DCP，純度 99.85%)購(gòu)買自上海畢得醫(yī)藥科技股份有限公司;刻蝕的氧化銦錫(ITO)、氧化鎳(NiOx，納米級(jí)，純度 99.999%)購(gòu)買自遼寧優(yōu)選新能源科技有限公司;丙酮(分析純)購(gòu)買自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;金屬銀顆粒購(gòu)買自 Alfa Aesar。

　　1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

　　原子力顯微鏡(AFM)采用 Asylum Research 的 Cypher S 原子力顯微鏡，測(cè)試條件為溫度 25℃，相對(duì)濕度約 55%，測(cè)試模式為輕敲模式，掃描范圍 3 μm×3 μm。

　　掃描電子顯微鏡(SEM)采用 HITACHI 的 S-4800 掃描電子顯微鏡，測(cè)試條件為溫度 25℃，加速電壓 15.0 kV，放大倍數(shù) 8×10?。

　　X 射線衍射儀(XRD)采用日本理學(xué)的 SmartLab-SE X 射線衍射儀，測(cè)試條件為溫度 25℃，掃描范圍 10°~55°。

　　光致發(fā)光光譜(PL)和時(shí)間分辨光致發(fā)光光譜(TRPL)采用 Edinburgh 的 FLS1000 穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀，測(cè)試條件為溫度 25℃，相對(duì)濕度約 40%，穩(wěn)態(tài)測(cè)試掃描范圍 600~900 nm。

　　X 射線光電子能譜(XPS)采用英國(guó) KRATOS Analytical LTD 的島津 KRATOS AXIS SUPRA+XPS，測(cè)試條件為溫度 25℃，樣品倉(cāng)真空度 < 8×10?? Pa，使用單色化 Al Kα 源測(cè)試。

　　傅里葉變換紅外光譜(FTIR)采用賽默飛世爾科技(中國(guó))有限公司的 Nicolet iS20 傅里葉紅外光譜儀，測(cè)試溫度 25℃，相對(duì)濕度約 40%。

　　光伏性能測(cè)試采用 Newport 太陽(yáng)光模擬器，測(cè)試條件為 AM 1.5 G 100 mW/cm²，環(huán)境濕度約 30%，溫度約 25℃，測(cè)試前需用標(biāo)準(zhǔn)單晶硅電池對(duì)太陽(yáng)光強(qiáng)度進(jìn)行校正，采用 Kiethley 2420 的電流源計(jì)進(jìn)行電流密度 - 電壓(J-V)測(cè)試。

　　1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

　　將刻蝕后的 ITO 玻璃按順序分別用清洗劑、去離子水、丙酮、異丙醇超聲清洗 20 min。將清洗好的 ITO 玻璃用氮?dú)獯蹈珊螅贤獬粞跆幚?10 min。將 15 mg/mL 的 NiOx 分散液以 2000 r/min 的轉(zhuǎn)速旋涂在 ITO 表面，并在 150℃下退火 10 min。待冷卻至室溫后，將 MeO-2PACz 或添加了 DCP 的 MeO-2PACz 分子以 4000 r/min 的轉(zhuǎn)速旋涂在 NiOx 上，并在 100℃下退火 10 min。

　　對(duì)于鈣鈦礦活性層，按照 (FA?.??MA?.??)?.??Cs?.??Pb (I?.??Br?.??)?的比例稱量

　　PbI?、PbBr?、FAI、MAI、CsI 粉末，溶于 V (DMF):V (DMSO)=4:1 的混合溶劑中，溶液濃度為 1.4 mol/L，攪拌 12 h。前驅(qū)體溶液通過(guò) 0.22 μm 的濾膜過(guò)濾后旋涂于 ITO//NiOx/SAM 薄膜上，先以 1000 r/min 的轉(zhuǎn)速旋涂 5 s，再以 3000 r/min 的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) 40 s，最后 15 s 用 180 μL 的氯苯反溶劑滴于鈣鈦礦薄膜之上，并在 110℃的溫度下退火 15 min。

　　將 20 mg/mL PCBM 的氯苯溶液，以 3000 r/min 的轉(zhuǎn)速旋涂于鈣鈦礦薄膜上。再將 0.5 mg/mL BCP 的異丙醇溶液，以 6000 r/min 的轉(zhuǎn)速旋涂于 PCBM 薄膜上，并在 80℃下退火 10 min。最后在 2×10?? Pa 的真空度下，在 BCP 層上蒸鍍厚度為 100 nm 的 Ag 電極，完成整個(gè)器件的制備。反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的器件結(jié)構(gòu)為：ITO//NiOx/SAM/ 鈣鈦礦 / PCBM/BCP/Ag 12。

　　2. 結(jié)果與討論

　　2.1 SAM 添加劑對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光伏性能的影響

　　為了研究 SAM 添加劑對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光伏性能的影響，制備了基于 MeO-2PACz 與 MeO-2PACz+DCP 的反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。隨著 DCP 的添加量由 1% 增加到 5%，器件的光電轉(zhuǎn)換效率先增大后降低，當(dāng) DCP 的添加量為 3% 時(shí)，器件的效率最佳，PCE 提升到了 24.64% 34。

　　這表明 DCP 添加劑的引入能夠有效改善鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光伏性能，其原因可能是填充因子的提升較為明顯，同時(shí)短路電流密度也有一定程度的增加 3。

　　2.2 SAM 添加劑對(duì)鈣鈦礦薄膜的影響

　　傅里葉變換紅外吸收光譜測(cè)試結(jié)果顯示，MeO-2PACz 與 DCP 分子之間不存在相互作用，兩者的特征振動(dòng)峰在混合后無(wú)明顯位移 5。

　　原子力顯微鏡測(cè)試表明，添加 DCP 前后，SAM 薄膜的表面粗糙度分別為 4.38 nm 和 4.34 nm，說(shuō)明 DCP 的添加不會(huì)對(duì) MeO-2PACz 的成膜造成明顯影響 6。

　　掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，在添加了 DCP 的 SAM 基底上制備的鈣鈦礦能夠形成更大和更致密的晶粒，平均粒徑從 270 nm 左右增大到了 320 nm 左右 6。X 射線衍射結(jié)果進(jìn)一步表明，添加 DCP 后，鈣鈦礦薄膜的 (100) 和 (200) 衍射峰強(qiáng)度增加，結(jié)晶性提高 7。

　　2.3 SAM 添加劑對(duì)鈣鈦礦的鈍化作用

　　X 射線光電子能譜測(cè)試顯示，添加 DCP 后，Pb 的 4f?/?和 4f?/?峰向低結(jié)合能方向移動(dòng)，表明鈣鈦礦中的 Pb²?離子接受了來(lái)自 DCP 分子的電子對(duì) 8。

　　傅里葉變換紅外光譜進(jìn)一步證實(shí)，DCP 分子中的氰基與碘化鉛發(fā)生了較強(qiáng)的相互作用，氰基的振動(dòng)峰從 2250 cm?¹ 移動(dòng)到了 2229 cm?¹ 8。這說(shuō)明 DCP 分子能夠鈍化鈣鈦礦，減少薄膜中的缺陷，從而有利于器件性能的提升 8。

　　2.4 SAM 添加劑對(duì)鈣鈦礦載流子傳輸?shù)挠绊?/p>

　　光致發(fā)光光譜測(cè)試表明，添加 DCP 后的鈣鈦礦薄膜 PL 峰強(qiáng)度明顯減弱，意味著載流子傳輸更快 9。時(shí)間分辨光致發(fā)光光譜顯示，加入 DCP 添加劑后，載流子的平均壽命從 160.68 ns 降至 136.23 ns，表明 DCP 增強(qiáng)了對(duì)鈣鈦礦薄膜中載流子的提取能力，減少了載流子復(fù)合 9。

　　2.5 SAM 添加劑對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件穩(wěn)定性的影響

　　氮?dú)鈿夥罩蟹胖?1000 h 的穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果顯示，基于 MeO-2PACz+DCP 的器件仍能保持初始效率的 85% 左右，而基于 MeO-2PACz 的器件效率降低到初始值的 81% 左右，說(shuō)明 DCP 添加劑提高了器件的穩(wěn)定性 10。

　　3. 結(jié)論

　　本研究通過(guò)向 SAM 分子中引入 DCP 添加劑，利用 DCP 分子上的氰基與鈣鈦礦作用，有效鈍化了鈣鈦礦，增強(qiáng)了載流子的傳輸，優(yōu)化了 SAM 與鈣鈦礦之間的埋底界面，改善了鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶并得到了更致密的鈣鈦礦薄膜 11。

　　最終，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從 23.58% 提升到了 24.64%，器件的穩(wěn)定性能也得到改善。該方法為優(yōu)化 SAM 與鈣鈦礦之間的埋底界面、制備高性能的反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池提供了參考 11。

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