利用赖氨酸掺杂优化PEDOT:PSS以提升倒置钙钛矿太阳能电池的性能

作     者：杨元林 陈玉梅 周睿 陈帮辉 程婉 牛连斌 陈丽佳 张巧明 Yuanlin Yang;Yumei Chen;Rui Zhou;Banghui Chen;Wan Cheng;Lianbin Niu;Lijia Chen;Qiaoming Zhang

作者机构：重庆师范大学物理与电子工程学院重庆401331 西南大学物理科学与技术学院重庆400715 

出 版 物：《科学通报》 (Chinese Science Bulletin)

年 卷 期：2024年第69卷第23期

页      面：3466-3478页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 

基　　金：重庆市自然科学基金(cstc2021jcyj-msxmX0576,2023NSCQ-MSX0888,CSTB2023NSCQ-MSX0555) 中央高校基本科研业务费(SWU-KT22051) 重庆市教委科学技术研究计划(KJQN202100215,KJQN202200518)资助 

主　　题：PEDOT:PSS 赖氨酸 空穴传输层 倒置钙钛矿太阳能电池 

摘      要：聚[3,4-乙烯二氧噻吩]:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)因其制备工艺简单、导电性能良好、成膜均匀及成本低廉等优势,已成为倒置型钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)中空穴传输层的首选材料.然而,由PSS链中的磺酸基团所导致的酸性和吸湿性等问题,对PSCs器件的光电性能和长期稳定性都造成了不良影响.针对以上问题,本文采用向PEDOT:PSS溶液中加入适量碱性赖氨酸的方法,利用赖氨酸中的氨基与PSS链中的磺酸基团的中和反应以适度调节PEDOT:PSS的酸性,改善了沉积于其上的钙钛矿薄膜的成膜质量,提高了器件的光电性能和长期稳定性.实验结果表明:使用赖氨酸掺杂的PEDOT:PSS薄膜为空穴传输层(hole transport layer,HTL)制备的倒置型PSCs器件,其开路电压(open circuit voltage,V_(OC))从0.94 V(未掺杂的PEDOT:PSS薄膜为HTL的参考器件)提升至1.04 V,短路电流(short circuit current,J_(SC))从20.81 mA cm^(-2)(参考器件)增加到21.35 mA cm^(-2),光电转换效率(power conversion efficiency,PCE)从15.71%(参考器件)提高到17.65%.此外,将未封装的赖氨酸掺杂的PSCs器件在氮气氛围(25℃)中存储2160 h后,其PCE保持为初始效率的86.54%;而在空气环境(25℃@15%相对湿度)中储存360 h后,其PCE仍能保持初始效率的85.88%.总的说来,将碱性赖氨酸作为掺杂剂引入PEDOT:PSS溶液,不仅能够适度中和PEDOT:PSS的酸性,还能改善钙钛矿薄膜的结晶性能和成膜质量,为实现高效稳定的倒置PSCs提供了一种新的思路.