534-17-8 / 碳酸銫擴散后彎曲鈣鈦礦能帶-被忽視的界面現象

有機-無機雜化鈣鈦礦材料是目前太陽能電池領域的明星材料，以其為光吸收層制備的太陽能電池的光電轉換效率目前已達到24.2%，具有極為光明的發展前景。鈣鈦礦太陽能電池的一般結構為：電極/電荷提取層/鈣鈦礦(Perovskite)/電荷提取層/電極的三明治結構。有大量研究表明通過界面修飾來調節鈣鈦礦/電荷提取層或電荷提取層/電極界面的能級匹配可以實現更為有效的光生載流子的收集從而提高器件性能。當前的工作中研究者更多關注修飾層對與其直接接觸的功能層的修飾作用，甚少考慮修飾層對結構上未與其直接接觸的功能層的影響。例如，在電荷提取層和電極之間加入修飾層則不會考慮修飾層對相隔了電荷提取層的鈣鈦礦層的影響。這在通常情況下是沒有問題的，然而在某些情況下修飾層不僅會影響與其直接接觸的部分，也會影響未與其直接接觸的部分。

最近，西南大學材料與能源學院宋群梁課題組在研究p-i-n型鈣鈦礦太陽能電池中碳酸銫（Cs2CO3）修飾電子傳輸層PCBM作用機理的過程中發現，在該結構中Cs2CO3起作用的原因并不是由于Cs2CO3改變了PCBM與Ag的接觸，而是通過與鈣鈦礦層形成偶極子提升了器件中電子的提取能力從而實現性能的提高。該研究通過XPS測試并逐層刻蝕的辦法證實了Cs2CO3在PCBM中的擴散，以及擴散后的Cs2CO3與鈣鈦礦的接觸。Cs2CO3與鈣鈦礦接觸形成了偶極子并使鈣鈦礦產生了能級彎曲，該能級彎曲也被UPS測試所證實。這一研究揭示了一種現象——即使在結構上并不接觸的膜層之間也可能存在相互影響。該工作提出了一種新的思路解釋鈣鈦礦太陽能電池中的界面修飾，對接下來的界面修飾工作的開展與解釋具有重要意義。