近日，材料学院赵德威教授团队报道了锡铅窄带隙钙钛矿和全钙钛矿叠层太阳电池的最新研究进展，相关成果“Custom-tailored Hole Transport Layer Using Oxalic Acid for High-quality Tin-lead Perovskites and Efficient All-perovskite Tandems”发表在Science Advances。四川大学材料科学与工程学院为本文唯一通讯单位，赵德威教授为本文唯一通讯作者，我校2021级博士研究生朱景伟和2021级硕士研究生徐玉亮为本文共同第一作者。

全钙钛矿叠层太阳电池因制备成本低并有望突破单结太阳电池的肖克利-奎伊瑟理论效率极限而备受关注。作为全钙钛矿叠层太阳电池的重要组成部分，锡铅（Sn-Pb）窄带隙钙钛矿底电池中低质量的钙钛矿薄膜、严重的界面非辐射复合损失严重限制了叠层器件性能的进一步提升。

PEDOT:PSS由于其酸性本质和吸湿性，会加速诱导钙钛矿降解，且对近红外光存在着严重的寄生吸收，严重影响了窄带隙钙钛矿底电池和叠层器件的光电性能和长期稳定性。但迄今为止，大多数高效的Sn-Pb钙钛矿太阳电池仍使用PEDOT:PSS作为空穴传输层。显然，PEDOT:PSS的光电特性对锡基钙钛矿太阳电池的性能至关重要，但PDEOT:PSS又是如何具体影响器件的性能，背后机制尚未揭示。

图1. PEDOT:PSS和OA-PEDOT:PSS薄膜的表面形貌图以及OA改变PEDOT:PSS薄膜表面形貌的作用机制

本工作中，赵德威教授团队利用乙二酸（OA）修饰PEDOT:PSS，并将其（OA-PEDOT:PSS）作为空穴传输层，用于制备高效稳定的Sn-Pb窄带隙钙钛矿和全钙钛矿叠层太阳电池。与传统的PEDOT:PSS薄膜相比，OA-PEDOT:PSS呈现出有序的纤维状形貌，这主要是由于将OA引入到PEDOT:PSS中会发生电离反应，生成氢离子(H⁺)、草酸氢离子(HC₂O₄^-)和草酸离子(C₂O₄^2-)，如下所示:H₂C₂O₄→HC₂O₄^-+H⁺; HC₂O₄^-→C₂O₄^2-+H⁺。受益于H⁺与PSS^-、C₂O₄^2-与PEDOT⁺之间的结合作用，卷曲的PSS片段被明显拉伸，相分离明显增强，从而显现出有序的纤维状排列取向。同时，OA-PEDOT:PSS空穴传输层具有更高的电导率以及与钙钛矿更加匹配的能级，显著抑制了器件内部的非辐射复合损失。此外，由于OA-PEDOT:PSS表面性能的改变，在其表面沉积生长的Sn-Pb钙钛矿薄膜呈现出更强的（100）面择优取向生长，获得了更高质量的钙钛矿薄膜。最终，基于OA-PEDOT:PSS的Sn-Pb窄带隙钙钛矿太阳能电池的效率达到22.56%（认证效率为21.88%），并由此制备了近28%光电转换效率的全钙钛矿叠层太阳电池。

上述研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委、四川省科技计划项目、中央高校基本科研业务费专项资金、四川大学工科特色团队项目资助。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adl2063