自2014年全印刷介观钙钛矿太阳能电池登上Science后（https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.1254763），该类型器件的制备和研究就成为了钙钛矿光伏领域的一条独特赛道。与目前效率超过26%的平板电池相比，全印刷介观钙钛矿太阳能电池具有成本低，制备工艺简便，以及可规模化生产等优势，但其光电转换效率却不够理想（低于20%）。鉴于此，韩宏伟团队于2024年3月14日在Science上再次发表文章，制备了效率超过22%的全印刷介观钙钛矿太阳能电池。接下来就让我们来看一下具体的研究内容：
作者认为限制全印刷介观钙钛矿太阳能电池效率的主要来源之一是载流子在钙钛矿与碳电极处的非辐射复合。因此，通过电子传输层TiO2实现更有效的电子抽取可以避免电子和空穴在碳电极处的复合。基于这个思路，作者首先通过COMSOL Multiphysics (V6.0)软件模拟了TiO2介孔结构对器件性能的影响：发现减少孔径，增加孔长度可以提升器件效率，这得益于电子从钙钛矿向TiO2传输距离的减少。
进而作者研究了介观钙钛矿电池中的载流子动力学：截面PL和TRPL的结果均表明载流子在介孔TiO2中的淬灭要强于在介孔ZrO2中，意味着电子从钙钛矿向介孔TiO2的有效抽取，而空穴可以在钙钛矿中停留更长的时间。TA结果也证明了这一点。此外，空穴在介孔结构中的传输距离经计算长达7微米，因此可以顺利传输到碳电极。
当固定介孔ZrO2的厚度为2.5微米，增加介孔TiO2的厚度可以显著提升器件光电流。当介孔TiO2的厚度达到600纳米以上时，光电流达到饱和。
然而，器件开压在介孔TiO2的厚度达到600纳米以上后出现了降低，这主要来源于介孔TiO2表面缺陷（主要是氧空位）的增多。为了钝化氧空位缺陷，基于软硬酸碱理论，作者通过静电势筛选了较硬的磷酸根来与硬酸Ti4+配位，从而占据氧空位。此外，中和磷酸根价态的阳离子需要是软酸，从而可以轻易释放出磷酸根与Ti4+相互作用。基于此，作者选择了大阳离子三乙基甲基铵（TMA+），TMA3PO4成为了最容易使磷酸根与Ti4+相互作用的物质。理论计算结果表明TMA3PO4可以有效减少TiO2的氧空位缺陷。
一系列表征表明经TMA3PO4钝化的TiO2电导率提升，功函下降，缺陷态密度也有所降低。
效率方面，最优器件效率达22.2%，认证值为22.3%。57.5 cm2模组效率达18.2%。
稳定性方面，器件在最大功率点运行750小时后仍保持了初始效率的97%。
器件结构及性能细节
2024年03月14日韩宏伟团队：
器件结构：FTO/compact TiO2/meso-TiO2/meso-ZrO2/perovskite
/C;
最高效率：22.2%，认证值22.3%
稳定性：最大功率点运行750小时后维持97%的初始效率
所有推文器件结构及性能总结
