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窄带隙（NBG）锡铅（Sn-Pb）混合钙钛矿太阳能电池（PSCs）在全钙钛矿串联太阳能电池（TSCs）中作为关键的子电池。然而，在NBG PSCs中普遍使用的聚(3,4-乙二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)（PEDOT:PSS）空穴传输层（HTLs）会损害器件效率和稳定性。为了解决这一问题，武汉工程大学郑文文&秦平力&武汉大学方国家&柯维俊研究团队提出了一种通过直接将乙酰胆碱氯化物（ACh）浸入PEDOT:PSS中来激活Sn-Pb钙钛矿掩埋界面的策略。ACh作为一种高效的“潜水员”，不仅调节了底部的PEDOT:PSS HTLs，还促进了掩埋界面的重构，并显著提高了上层钙钛矿层的质量。ACh的这种干预阻止了Sn²⁺的氧化，减轻了掩埋缺陷，并促进了Sn-Pb钙钛矿中大型、紧密堆积晶粒的生长。因此，优化后的NBG PSCs表现出显著改善的空穴传输和减少的载流子复合，实现了22.98%的稳定态效率，并增强了稳定性。此外，这些优化的NBG Sn-Pb电池使得高效的两端和四端全钙钛矿TSCs得以实现，分别达到了27.54%（经认证为26.41%）和28.01%的稳定态效率。
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乙酰胆碱氯化物（ACh）。ACh含有羰基、氨基和Cl离子。PEDOT:PSS的酸性特性可能导致钙钛矿中碘离子的氧化，从而形成碘（I2）并随后导致性能下降。当ACh溶解在PEDOT:PSS中时，pH值从1.39略微增加到1.83，这表明ACh的弱酸性特性有助于对HTLs进行细微的pH调节，从而促进器件性能。比较对照组（仅由PEDOT:PSS组成的HTL）和目标组（将12 mg mL⁻¹的ACh掺入PEDOT:PSS的HTL）时，观察到目标组的形态比对照组稍微平滑（图1a,b）。均方根（RMS）从1.56 nm降低到1.13 nm，HTL的表面电势从12.1 mV增加到18.0 mV。采用了剥离技术来揭示钙钛矿薄膜的掩埋界面。薄膜底部的原子力显微镜（AFM）图像（图1c,d）显示，对照组的晶界更为明显。在ACh改性后，薄膜表现出更大的晶粒尺寸和减少的晶界。钙钛矿薄膜底部和顶部的形态变化证实了重构掩埋界面可以改善薄膜的掩埋表面和顶面质量，从而可能提高钙钛矿材料的稳定性。图1g展示了原始Sn-Pb钙钛矿薄膜Sn 3d5/2的XPS光谱和拟合曲线。Sn 3d峰可以分解为位于486.4 eV和487.2 eV的两个不同峰，分别对应Sn2+和Sn4+。Sn4+/Sn2+比率为29.89%，表明在掩埋界面处存在大量的Sn4+。然而，在重构掩埋界面（图1h）后，Sn4+的比例显著降低（17.36%），表明重构的掩埋界面有利于减少Sn2+的氧化。进一步进行了XPS分析以评估ACh的钝化能力（图1i）。ACh中的羰基与未配位的Pb2+之间的相互作用导致核心峰向较低的结合能移动，表明ACh的钝化能力。![]()
为了更好地了解ACh对钙钛矿层内载流子传输的影响，对样品进行了光致发光（PL）光谱分析（图2a,b）。图2c显示了钙钛矿薄膜顶部的PL光谱。与原始薄膜相比，具有重构掩埋界面的钙钛矿薄膜的PL强度略有增加。相比之下，从钙钛矿薄膜底部进行的PL测量显示，目标组的PL强度显著低于对照组（图2d）。这些PL测量结果证实了ACh的引入显著提高了器件的空穴传输能力，并降低了空穴传输层（HTL）与钙钛矿层之间的潜在载流子势垒。
图2e,f显示了对照组和目标组薄膜掩埋表面的扫描电子显微镜（SEM）图像。目标组显著表现出更大且更致密的晶粒，晶界更少，这强调了重构掩埋界面在改善钙钛矿薄膜质量和减少缺陷方面的关键作用。![]()
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制备具有以下结构的单结p-i-n Sn-Pb PSCs（图3a），研究了ACh对器件性能的影响：ITO/PEDOT:PSS（含或不含ACh）/FA0.7MA0.3Pb0.5Sn0.5I3/ C60 / BCP /Cu。图3b显示了功率转换效率（PCE）值的直方图，表明目标器件的平均PCE显著更高。使用ACh的最佳性能的PSC在反向（正向）扫描下实现了23.24%（22.58%）的功率转换效率（PCE），开路电压（VOC）为0.87 V（0.87 V），短路电流（JSC）为32.68 mA cm-2（32.86 mA cm-2），填充因子（FF）为81.59%（79.27%）。如图3e所示，在充满N2的手套箱中室温储存1600小时后，未封装的Sn-Pb PSC目标组保持了约90%的初始效率，而对照组在同一条件下下降至85%。![]()
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机制探索：如图1g和h所示，基于Sn-Pb的钙钛矿通常含有Sn4+杂质，这会导致自p型掺杂和更深的费米能级（Ef）。因此，减少Sn4+杂质并促进钙钛矿中浅Ef的移动对于有效的载流子提取至关重要。紫外光电子能谱（UPS）测量验证了PEDOT:PSS和钙钛矿薄膜的能级变化。如图4a所示，在埋置界面重构之后，空穴传输层（HTL）的能级经历了轻微的向上移动，而Sn-Pb钙钛矿薄膜的Ef从约-4.96 eV提升至约-4.40 eV。Ef的向上移动将p型掺杂材料转变为其本征状态。这一转变有望减少电荷复合并增强材料内的电荷提取。![]()
研究团队制造了由1.78 eV宽带隙（WBG）顶部子电池和1.26 eV窄带隙（NBG）底部子电池组成的2T器件。器件结构包括玻璃/ITO/NiOx/Me4PACz/FA0.75Cs0.25Pb(I0.6Br0.4)3/C60/ALD-SnO2/Au/PEDOT:PSS/FA0.7MA0.3Pb0.5Sn0.5I3/C60/BCP/Cu（如图5a所示）。性能最佳的2T串联太阳能电池产生的光电转换效率（PCE）为27.85%（27.80%），短路电流密度（JSC）为15.56 mA cm−2（15.71 mA cm−2），开路电压（VOC）为2.13 V（2.12 V），填充因子（FF）为83.89%（83.32%）（图5b）。2T全钙钛矿串联太阳能电池（TSC）的外部量子效率（EQE）光谱（图5c）显示，WBG和NBG子电池的积分JSC分别为15.88 mA cm−2和15.70 mA cm−2。2T串联器件的稳态输出功率（SPO）效率约为27.54%（图5e）。Boosting All-Perovskite Tandem Solar Cells by Revitalizing
the Buried Tin-Lead Perovskite Interfacehttps://doi.org/10.1002/adma.202401698
