FTO基底上PTAA与SAM互补空穴传输层策略实现高效稳定p-i-n结构钙钛矿太阳能电池

本文创新性地提出在粗糙FTO基底上构建PTAA与SAM（MeO-2PACz）互补空穴传输层（HTL）的策略。通过PTAA选择性填充FTO谷底、SAM覆盖峰顶的协同分布，显著提升表面能均匀性，结合F127共聚物界面层优化钙钛矿润湿与能级排列，最终实现效率25.4%、光照1000小时零衰减的p-i-n结构器件，为FTO基钙钛矿电池（PSCs）商业化提供新思路。

　　

1 引言

钙钛矿材料在光电器件中的卓越性能引发广泛关注，但商业化进程面临基底适配性挑战。氟掺杂氧化锡（FTO）因其低成本、高透光性和耐高温特性成为最具潜力的透明导电氧化物（TCO）基底，但其表面粗糙度超过150nm的特性使得传统空穴传输材料难以兼顾覆盖度与导电性。聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]（PTAA）虽具有优异能级匹配和热稳定性，但在FTO上需超厚沉积才能避免漏电；而(2-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)乙基)膦酸（MeO-2PACz）等自组装单分子层（SAM）虽能适应粗糙表面，却存在锚定不牢和电阻率高的缺陷。

2 结果与讨论

创新性地开发PTAA:SAM互补HTL体系，0.1mg/mL PTAA优先沉积于FTO谷底，0.4mg/mL SAM后续覆盖裸露峰顶。铂溅射扫描电镜（SEM）显示Pt颗粒仅在PTAA区域聚集（图1），X射线光电子能谱（XPS）磷元素分析证实SAM覆盖率随PTAA浓度增加线性递减（图2a）。开尔文探针力显微镜（KPFM）显示复合HTL使接触电位差（CPD）波动从SAM单用的>100mV降至<50mV（图2d），显著提升界面能级均匀性。

引入Pluronic F127三嵌段共聚物（PEO₁₀₆-PPO₇₀-PEO₁₀₆）作为多功能界面层，其疏水PPO段锚定HTL，亲水PEO段改善钙钛矿前驱体润湿性。光致发光（PL）成像显示F127处理区域强度提升3倍（图3b），紫外光电子能谱（UPS）证实其诱导钙钛矿埋底界面更显p型特征，顶部界面更趋n型，优化了p-i-n结构的载流子传输能垒（图3c）。

器件性能方面，FTO/PTAA:SAM/F127结构使p-i-n电池平均效率从21.8%提升至22.7%，最佳器件经减反射膜修饰后效率达25.4%，填充因子（FF）高达82.1%，且无明显迟滞效应（图4b）。加速老化测试显示，未封装器件在AM1.5G光照下1000小时仍保持初始效率100%（图4c），归因于复合HTL降低的界面缺陷密度和F127的钝化作用。

3 结论

该工作通过PTAA与SAM的空间互补分布解决了FTO粗糙表面导致的HTL覆盖难题，结合F127界面工程同步实现了效率、稳定性和工艺重复性的突破。这种基底普适性策略为钙钛矿光伏的大规模生产提供了新范式。