三(对甲苯基)膦提高柔性钙钛矿太阳能电池的光伏性能的研究

倒置钙钛矿太阳能电池（PSCs）具有高的能量转换效率（PCE）和高的稳定性，适合可穿戴和便携式光伏应用。倒置PSCs还具有低温处理和与叠层太阳能电池集成兼容的显著优点。柔性光伏领域的目标是开发高效、稳定且具有机械柔性的光伏器件。然而，由于钙钛矿薄的本征不稳定性、界面接触问题、不匹配的能级，许多柔性PSCs具有不佳的PCE。

含磷的路易斯碱和酸处理显著提高了刚性PSCs的PCE和稳定性。最近，通过使用1,3-双(二苯基膦基)丙烷（DPPP）钝化钙钛矿，在倒置PSCs方面取得了突破。通过在镍氧化物（NiOx）空穴传输层（HTLs）上涂覆DPPP薄层，倒置刚性PSCs实现了24.5%的PCE和优异的工作稳定性。然而，不含烷基的磷基路易斯碱与MeO-PACz HTLs不兼容，因为DPPP分子的高疏水性导致高接触角和钙钛矿薄层的不完整沉积。钙钛矿界面接触不良且生长质量不佳，阻碍了柔性PSCs中的应用。

  在本文中，我们展示了三对甲苯基膦（TTP）进行界面钝化方法，实现了高效、稳定且机械柔韧的倒置PSCs。与常用的无烷基路易斯碱钝化相比，TTP处理诱导了亲密的钙钛矿界面接触、高的生长质量。TTP处理不仅诱导了较少的峡谷形态、高均匀性、低表面粗糙度的钙钛矿层，而且导致了良好的能级匹配。该路易斯碱分子在界面和晶界处与未铅离子强配位，使柔性钙钛矿太阳能电池获得了23.81%的效率。此外，柔性PSCs具有高的运行稳定性、高的存储稳定性和更好的机械柔性。

图1. (a)柔性PSC示意图。(b)钙钛矿、TTP和TTBT之间的相互作用。分别优化了V_I和吸附TTP分子的FAPbI₃（001）表面结构(c和e)和分波态密度(d和f)。虚线椭圆和黑点表示V_I缺陷的位置。插图(d)显示了关键缺陷态的电荷密度。能量零点设为价带最大值。

图2. HTL、钙钛矿和C₆₀的能级。(b) 柔性PSCs的J−V曲线。(c)EQE谱。(d)纯空穴器件的I-V曲线。(e)纯空穴器件J_D0.5的电场依赖关系。(f)I_D-V曲线。

图3. (a)钙钛矿薄层的SEM形貌。(b)MeO-2PACz HTLs的形貌。(c)HTLs表面电位的振幅差异。

 图4. (a)钙钛矿层的Pb4f结合能。(b)钙钛矿层的I3d结合能。(c)钙钛矿层的XRD谱图。(d)钙钛矿层的稳定PL光谱。(e)钙钛矿层的费米区。(f)钙钛矿层的非弹性截止区。(g)钙钛矿层的吸收光谱。(h)钙钛矿层带隙。(i)钙钛矿/ HTL /ITO样品的TRPL。

 图5. (a)连续光照下柔性PSCs的MPP跟踪测试。(b)柔性PSCs的存储稳定性。(c)柔性器件的机械柔韧性。

图6.(a-c) 0.1°~ 1°不同入射角钙钛矿层的GIWAXS图。a)对照组，b) TTBT处理组，c) TTP处理组。(d)钙钛矿膜（100）平面的d -间距值随掠入射角度的变化。