碳酸铯扩散后弯曲钙钛矿能带-被忽视的界面现象

有机-无机杂化钙钛矿材料是目前太阳能电池领域的明星材料，以其为光吸收层制备的太阳能电池的光电转换效率目前已达到24.2%，具有极为光明的发展前景。钙钛矿太阳能电池的一般结构为：电极/电荷提取层/钙钛矿(Perovskite)/电荷提取层/电极的三明治结构。有大量研究表明通过界面修饰来调节钙钛矿/电荷提取层或电荷提取层/电极界面的能级匹配可以实现更为有效的光生载流子的收集从而提高器件性能。当前的工作中研究者更多关注修饰层对与其直接接触的功能层的修饰作用，甚少考虑修饰层对结构上未与其直接接触的功能层的影响。例如，在电荷提取层和电极之间加入修饰层则不会考虑修饰层对相隔了电荷提取层的钙钛矿层的影响。这在通常情况下是没有问题的，然而在某些情况下修饰层不仅会影响与其直接接触的部分，也会影响未与其直接接触的部分。

最近，西南大学材料与能源学院宋群梁课题组在研究p-i-n型钙钛矿太阳能电池中碳酸铯（Cs2CO3）修饰电子传输层PCBM作用机理的过程中发现，在该结构中Cs2CO3起作用的原因并不是由于Cs2CO3改变了PCBM与Ag的接触，而是通过与钙钛矿层形成偶极子提升了器件中电子的提取能力从而实现性能的提高。该研究通过XPS测试并逐层刻蚀的办法证实了Cs2CO3在PCBM中的扩散，以及扩散后的Cs2CO3与钙钛矿的接触。Cs2CO3与钙钛矿接触形成了偶极子并使钙钛矿产生了能级弯曲，该能级弯曲也被UPS测试所证实。这一研究揭示了一种现象——即使在结构上并不接触的膜层之间也可能存在相互影响。该工作提出了一种新的思路解释钙钛矿太阳能电池中的界面修饰，对接下来的界面修饰工作的开展与解释具有重要意义。