【重點摘要】

此研究文章由 Prof. Brabec 團隊于 Science 刊登發表。

• 用于鈣鈦礦太陽能電池的新型 Ta-WOx 和聚合物 HTM 界面

• Ta-WOx 與聚合物形成準歐姆接觸，減少勢壘

• 鈣鈦礦電池實現了21.2%的效率和出色的穩定性

• 適用于各種不含離子摻雜劑的可擴展聚合物

• 深層聚合物HOMO水平提高穩定性

• 實現高效能、無滯后且穩定的鈣鈦礦太陽能電池的制造

鈣鈦礦太陽能電池需要穩定、廉價的電洞傳輸材料（HTM）。目前的 HTM（例如 spiro-MeOTAD）不穩定，需要離子摻雜劑。這項研究開發了一種摻鉭氧化鎢 (Ta-WOx) 中間層，可與廉價聚合物形成準歐姆接觸，從而無需摻雜劑。研究人員在低溫下對所有層進行了溶液處理。 UPS 揭示了與聚合物價帶對齊的 Ta-WOx 間隙態，從而實現高效的電洞傳輸。值得注意的是，具有聚合物/Ta-WOx介面的鈣鈦礦太陽能電池實現了21.2%的效率和出色的穩定性，1000小時后仍保持95%的效率。使用 Enli Technology EQE 系統記錄外部量子效率 (EQE) 光譜以驗證光電流。無摻雜劑介面普遍適用于各種可擴展的聚合物。此外，深層聚合物 HOMO 能階阻止了與鈣鈦礦的反應。這種無磁滯、穩定的架構克服了關鍵限制，為與大批量生產相容的高效能鈣鈦礦太陽能電池提供了一條途徑。

Fig G.性能最佳裝置的 EQE 和整合電流為 22.2 mA/cm2。

本研究使用Enlitech QE-R產品進行量測。

【研究方法】

• 用于在與塑膠基材相容的低溫（<140°C）下沉積所有層的溶液處理方法

• 透過火焰噴射熱解合成 Ta-WOx，并透過旋涂將其摻入聚合物中

• 透過「溶劑淬火」方法沉積的鈣鈦礦吸收層

• 用于制造電子傳輸自組裝單分子層（C60-SAM）的富勒烯

• 光電發射光譜 (UPS)，用于研究界面處的能階

• AM1.5G 照明下太陽能電池效率與穩定性表征

• SEM、TOF-SIMS、AFM 用于分析層形態和相互擴散

• J-V 曲線、EQE 和 EL 用于評估電荷傳輸和接觸

• 僅用于專門評估孔提取/注入的孔設備

• 系統地比較不含離子摻雜劑的聚合物，以顯示方法的普遍性

【研究成果】

• Ta-WOx 與聚合物形成低電阻接觸

• Ta-WOx 中的間隙態有利于摻雜和電荷轉移

• 鈣鈦礦電池實現了 21.2% 的效率，高于其他 HTM

• 滯后可忽略不計，重現性

• Ta-WOx 保護鈣鈦礦，提高穩定性

• 連續照明 1000 小時后，電池仍保持 95% 的效率

• 適用于各種無摻雜劑的可擴展聚合物

• 深層聚合物HOMO提高穩定性

• 實現高效、穩定、無磁滯的鈣鈦礦太陽能電池