《AFM》：效率19.44%！该类器件迄今最高值之一

在已知的半导体材料中，钙钛矿是最通用和最有前途的材料之一，应用于广泛的光电器件，如太阳能电池、发光二极管、光电探测器和激光器。钙钛矿的晶体结构通式为ABX₃，其中A是有机阳离子(如CH₃NH₃)，B是金属阳离子(铅、锡)，X是卤化物阴离子(碘、溴或氯)。CH₃NH₃PbI₃ (MAPbI₃)是最广泛使用的有机-无机杂化钙钛矿，这类器件的功率转换效率(PCE)仅在几年内就达到23%以上。有机金属卤化物钙钛矿在太阳能电池和发光二极管中表现出优异的性能，因为它们具有高电荷载流子迁移率、大载流子扩散长度、低激子结合能、可调电致发光等特性。因此，提高钙钛矿太阳能电池(PSCs)性能的一个有效策略是开发新的空穴传输层(HTLs)。

来自韩国东亚大学等单位研究人员对一个简单的聚电解质HTL，铜(二)聚(苯乙烯磺酸)(铜:聚苯乙烯)，其中包括容易减少Cu²⁺反离子与阴离子聚苯乙烯聚电解质主链进行了研究。光电子能谱显示，在PSC器件中加入Cu:PSS后，正极的功函数和向上的能带弯曲显著增加。当Cu:PSS与聚乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)以不同的比例混合时，显示出协同效应，并导致PEDOT:PSS的酸度降低以及在完成的器件中滞后现象减少。Cu:PSS在PSCs中的作用类似于HTL，其器件参数与PEDOT:PSS相当，而Cu:PSS与PEDOT:PSS的混合物与单独的PEDOT:PSS相比表现出极大的改善。包含铜:PSS/PEDOT:PSS的混合物的优化显示效率从14.35%提高到19.44%，使用了倒置(P-I-N)几何形状的简单CH₃NH₃PbI₃活性层，这是这种类型器件迄今报告的最高值之一。预计这种类型的HTL可以用于产生p型接触，并改善其他类型的半导体器件的性能。相关论文发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202009246

图1|使用铜:PSS作为HTL的PSC装置

图2|a)S 2p XPS光谱和b)根据对应于(a)的HTLs的UPS光谱的cut-off区域计算的功函数。

图3|四种不同高温超导体的特性：Cu:PSS，Cu:PSS A，Cu:PSSM和PEDOT:PSS

图4|光强

 

总之，本文采用了一种简单、高度透明、溶液处理的HTM(铜:PSS)在倒置PSC中。用于设计该材料的策略是通过将易还原的阳离子(Cu²⁺)与阴离子聚电解质结合，使该材料从本征半导体中移除电子，在半导体中留下过量的p型载流子，由界面处相邻聚电解质层中过量的负电荷来补偿，从而以能够在相邻半导体层中支持p掺杂的界面材料为目标。由于其增加正极φ值的能力，实现了相对高的VOCs。

然而，单独使用Cu:PSS的低FF值可归因于Cu:PSS的不良导电性、电荷复合和电子通过薄Cu:PSS层到ITO电极的反向扩散。使用铜:PSS与PEDOT:PSS按不同比例混合后，性能显著提高。最后，对可变光强下器件的分析揭示了Cu:PSS对电荷载流子复合率的协同效应，这种效应在Cu:PSS/PEDOT:PSS混合物中显著降低。这项工作展示了一个简单的高效策略来设计p型界面材料。（文：SSC）