PTAA-聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]对钙钛矿性能的影响

钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于工艺简单、低温制造和效率优越等优点而引起了人们广泛关注。空穴传输层作为器件最重要的组成部分,应具有优异的空穴收集和传输能力,在钙钛矿结晶、器件效率和稳定性等方面发挥重要作用。倘若空穴传输层和钙钛矿层之间的能带不匹配会导致差的电荷提取，同时界面缺陷会导致载流子严重的非辐射复合,限制器件的效率和稳定性。因此，探索高效、稳定、适合的空穴传输层对于p-i-nPSCs的商业化发展至关重要。PTAA-聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]是倒置(p-i-n)PSCs最广泛使用的空穴传输层材料。

PTAA-聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]具有和钙钛矿匹配的能级和优异的空穴迁移率;且具有出色的机械稳定性和耐湿性,表现出优异的器件性能。研究表明不同分子量的高分子材料导致不同的载流子迁移率和器件性能。PTAA-聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]作为一种高分子聚合物,其分子量对于钙钛矿的生长有重要影响。本文主要报道了三种不同分子量的高分子聚合物PTAA-聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]制备的空穴传输层对刮涂准二维钙钛矿薄膜缺陷和结晶的影响。研究表明,具有中间分子量的刮涂钙钛矿薄膜(M-PP)具有最卓越的性质，由此制备的器件实现了15.79%的PCE,填充因子达到75.90%,具有优异的光电性能。

性能研究^[1]

1、PTAA薄膜的接触角

本文选取了分子量(Mn)分别为10000、20000和25000三种PTAA-聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](分别命名为L-PTAA、M-PTAA 和H-PTAA)作为研究对象。基材的润湿性对钙钛矿的晶体生长有重要影响。首先,分别测试了三种PTAA-聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]制备的空穴传输层薄膜关于水的接触角测试。从图1中可以观察到三种空穴传输层都具有较大的接触角,表明有较好的疏水性,与PTAA-聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]性质相符。不同的是,M-PTAA层具有稍大一些的接触角,疏水性更好,更有利于钙钛矿的生长和长期稳定性。

2、基于PTAA的钙钛矿薄膜的表面形貌

由于倒置钙钛矿器件中钙钛矿晶体生长在空穴传输层上，空穴传输层的性质对钙钛矿薄膜形貌有很大影响。下图2分别显示了通过刮涂工艺依次在三种PTAA-聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]上沉积一层AA,Pb,MAI3钙钛矿薄膜(以下均命名为L-PP,M-PP 和H-PP)的表面SEM图，与L-PP 和H-PP薄膜表面存在较多的针孔和缺陷不同,M-PP薄膜几乎没有针孔，显示出更加致密、均一的表面形貌。可见中等分子量的PTAA-聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]改善了上层钙钛矿的晶体生长,减少了针孔和缺陷，有利于高质量薄膜的制备。

3、钙钛矿的紫外可见吸收光谱测试

图3是基于不同分子量的PTAA-聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]膜上生长的钙钛矿薄膜的紫外可见吸收光谱图。三种薄膜均表现出类似的吸收曲线，在605nm和640nm显示激子吸收峰,对应于n=3和n=4,证实二维相的存在;在长波区存在较宽的低吸收边,对应于类三维相。不同的是,随着PTAA-聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]分子量的增加，钙钛矿薄膜的结晶度先增强后减小，其中M-PP薄膜的结晶度最好。

参考文献

[1]杨镕申,张渊,张蕾.聚合物PTAA分子量对刮涂钙钛矿性能的影响与研究[J].胶体与聚合物,2023,41(04):164-167.DOI:10.13909/j.cnki.1009-1815.2023.04.005.