導讀：本文開發了一種預退火策略來調節全無機鈣鈦礦光伏材料在成膜過程中的形核與結晶。發現先在50℃下進行低溫預退火，然後再160℃的進行正常退火，可以獲得更為平坦、緻密且無孔洞的薄膜。再引入了更低HOMO能級的TFB緩衝層，最終基於P3HT的無摻雜CsPbI2Br器件效率達到了創紀錄的15。5%。這些發現為研究高質量高效率的全無機鈣鈦礦薄膜與增強其穩定性提供了新方向。

全無機鈣鈦礦光伏材料CsPbX3（X=I，Br，Cl）等由於出色的光電特性，且其與有機無機鈣鈦礦相比，熱穩定性良好而被廣泛研究。其中斜方黃相CsPbI3由於帶隙過大導致不適合作為光電器件，開發其他型別的全無機鈣鈦礦材料成為了一種較新的議題，透過取代鹵化物提高容忍因子的CsPbI2Br，成為了具有更穩定晶格結構、對溼度敏感性要低很多的光伏材料替代品。目前製備高效穩定的CsPbI2Br薄膜電池仍舊是難點。

近日，中國科學院

胡勁松

發現採用

低溫預退火處理工藝

有利於調節CsPbI2Br的成核與結晶，且能有效的平整薄膜表面，增大晶粒尺寸並消除表面上的孔洞，由於鈣鈦礦與一些傳統空穴傳輸層介面處會導致嚴重的非輻射陷阱密度複合，於是在這項工作中引入聚合物緩衝層TFB和有機聚合物空穴傳輸層無新增劑的P3HT，可明顯增加電壓

使得效率增長到15.5%且具有千小時的穩定性

，相關文章以題目“High-Efficiency CsPbI2Br Perovskite Solar Cells with Dopant-Free Poly （3-hexylthiophene） Hole Transporting Layers”發表在國際頂尖期刊Advanced Energy Materials。

論文連結：

https：//onlinelibrary。wiley。com/doi/abs/10。1002/aenm。202000501

研究者將合成好的CsPbI2Br前驅體溶液分兩類製備，一類薄膜在旋塗完後預先以50℃預處理退火（PA），隨後再以160℃的溫度退火10分鐘，而第二類薄膜在旋塗後直接退火160℃10分鐘，隨後進行了XRD測試來觀察不同退火條件對薄膜形貌與結晶度的影響差異。之後再將不同溫度下預處理的薄膜進行頂端視角SEM的拍攝來觀察不同退火溫度對於預處理薄膜的影響，隨後發現

溫度與效率的一致性影響

，其獲得的光電器件特性也表現出了這一點，隨後再透過調控不同型別的空穴傳輸層與緩衝層並與標件作對比發現，在PL熒光測試中發現帶有緩衝層的熒光強度的大幅度降低，透過平衡了空穴層與鈣鈦礦層之間的能級，有利於載流子的分離以及電極對他們的收集。

圖1。 CsPbI2Br前驅體制備的薄膜經過預退火（PA）與直接退火（DA）的示意圖以及不同條件下薄膜的XRD圖

圖2。PA薄膜與DA薄膜在不同溫度下的頂端SEM視角圖

圖3。 PA薄膜與DA薄膜在分別使用不同空穴傳輸層時的光電器件特性

圖4。 加入聚合物TFB作為緩衝層後的光電器件表現

總的來說，研究人員開發了一種預退火策略來調節CsPbI2Br在成膜過程中的形核與結晶。經過一系列的實驗證明，塗層鈣鈦礦薄膜在50℃下進行預退火，然後再160℃的溫度下進行正常退火，隨後可以獲得更為平坦、緻密且無孔洞的CsPbI2Br薄膜。透過熒光測試表明，

與直接完成退火的薄膜相比較，預先處理退火的薄膜顯示出了更少的非輻射陷阱密度複合且擁有著更長的載流子壽命。

引入P3HT作為空穴傳輸層時，與SprioMeTAD作為空穴傳輸層製備的器件光電轉換效率相當，同時水分穩定性大大加強。基於P3HT的CsPbI2Br器件效率達到14。08%，在空氣環境中能儲存1300小時後仍保持95%以上的效率。

與此同時，研究者在CsPbI2Br與P3HT之間成功引入了更低HOMO能級的TFB緩衝層，用於彌補能級的不匹配，使得器件的電壓損耗大大降低，導致了基於P3HT的無摻雜CsPbI2Br器件效率達到了創紀錄的15。5%。

這些發現為研究高質量高效率的全無機鈣鈦礦薄膜與增強其穩定性提供了新的方向

。（文：kirin）

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