近年来，钙钛矿太阳能电池(PSCs)凭借其优异的光电性能、低廉的成本、相对简单的制备工艺和较高的能量转换效率(PCE)等优点，吸引了大量研究人员的关注。其中，拥有良好的热、湿度稳定性和优异光电性能的全无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池逐渐成为近年来的研究热点。
尽管如此，由于难以找到一种能同时以高浓度溶解PbBr2与CsBr的溶剂，全无机钙钛矿太阳能电池的CsPbBr3薄膜通常使用两步旋涂法制备。在两步旋涂法中，采用水作为CsBr的溶剂，不仅可以提高CsBr在溶液中的溶解度，还可以减少对环境的破坏。然而，使用水溶CsBr溶液制备的CsPbBr3太阳能电池存在钙钛矿薄膜不均匀、易有杂相生成、成膜不易控制等问题，这些问题将导致此类CsPbBr3太阳能电池出现不良性能。
本文以全无机CsPbBr3 PSCs为研究对象，通过使用水作为溶解CsBr的主要溶剂，并辅以NBA，使溶液能够在旋涂于PbBr2层上时拥有良好的润湿性。且由于水与添加剂NBA的沸点差异，CsBr溶液在器件退火的过程中会于PbBr2表面停留更长时间，从而为钙钛矿晶粒的形成提供了更多的成核位点，进一步促进PbBr2与CsBr的反应。
我们还通过优化旋涂高浓度CsBr水溶液前驱体溶液中NBA的体积分数，器件退火温度、退火时间和预加载时间来制备形貌更加良好的钙钛矿薄膜，并对器件进一步进行各项表征。最终得到，当CsBr浓度为1.175 mol L−1、NBA添加剂体积分数为5%、加载时间为15 s、退火温度为250℃、退火时间为15 min时制备的器件性能最为优异，最佳器件的PCE为9.92%，VOC为1.60 V，JSC为7.23 mA cm−2，FF为85.78%。
此时CsPbBr3的薄膜形貌得到极大的优化，其缺陷密度明显减少，CsPbBr3晶体饱满且分布均匀，结晶性增强，使得由缺陷密度导致的非辐射复合得到一定的抑制，从而提高光生载流子的传输效率，器件的光伏性能相较于空白组器件有大幅提升，稳定性也有较大的提高，经过28 d后最佳器件的PCE仍保持95%以上。
图文速览
图1 器件制备的流程图
图2 器件的光电性能曲线. (a) 不同添加剂体系; (b) 不同体积分数的NBA添加剂; (c) 不同加载时间; (d) 不同退火时间
图3 不同体积分数的NBA添加剂制备的钙钛矿薄膜的SEM图(a)~(d)及相对应的粒径频率直方图(e)~(h)
图4 对于钙钛矿薄膜形貌的研究. (a) 纯水和添加5% NBA CsBr溶液制备的CsPbBr3钙钛矿薄膜的XRD谱图；纯水(b)、5% NBA(c)制备的CsPbBr3钙钛矿薄膜的SEM图；(d) CsPbBr3钙钛矿薄膜的生长情况对比图
图5 钙钛矿太阳能电池性能的研究. 纯水组和添加5% NBA制备的CsPbBr3薄膜的PL图谱(a)和TRPL图谱(b)；器件的暗EIS图(c)、TPC曲线(d)、TPV曲线(e)以及暗态J-V特性曲线(f)
图6 器件钙钛矿薄膜质量和界面电荷积累情况. 纯水和添加5% NBA CsBr溶液制备的CsPbBr3薄膜的Uv-vis吸收光谱(a)和Tauc图(b)；器件C-V曲线图(c)以及M-S曲线图(d)
图7 纯水组CsPbBr3 PSCs和添加5% NBA制备的CsPbBr3 PSCs的光伏性能
表1 不同变量所制备器件的光电特性曲线的具体光伏参数
郑松志，李浩，王则远，汪杨，阴聪，陈宣衡，朱文昊，孙伟海*. 正丁醇添加剂制备CsPbBr3钙钛矿太阳能电池. 科学通报, 2024, 69(19): 2814–2826,
https://doi.org/10.1360/TB-2024-0277
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