到目前为止，只有两种有机空穴传输材料引领钙钛矿太阳能电池的最先进性能：聚三芳基胺（PTAA）2-5和spiro-OMeTAD。但是，这些材料在商业化方面有几个缺点，包括高成本，需要抑制钙钛矿层降解的吸湿性掺杂剂以及沉积工艺的局限性。聚（3-己基噻吩）（P3HT）是一种替代的空穴传输材料，具有优异的光电性能，低成本且易于制造，但是到目前为止，使用P3HT的钙钛矿太阳能电池的效率仅达到约16%。本文提出了一种高效的钙钛矿太阳能电池的器件架构，该器件使用P3HT作为空穴传输材料而没有任何掺杂剂。通过在钙钛矿表面上的正己基三甲基溴化铵的原位反应，在窄带隙光吸收层的顶部形成宽带隙卤化物钙钛矿的薄层。器件的认证转换效率为22.7％，磁滞为±0.51％；在不封装的情况下，在85％相对湿度下表现出良好的稳定性；封装后，在室温下于一个太阳光强照射下显示了1370小时的长期运行稳定性，保持了95％的初始效率。将平台扩展到大面积模块（24.97平方厘米），该模块使用可扩展的棒涂法制造以沉积P3HT，并实现了16.0％的功率转换效率。通过使用宽带隙卤化物来实现P3HT作为空穴传输材料的潜力，可能是钙钛矿太阳能电池研究的重要方向。
图1 基于P3HT的钙钛矿太阳能电池的双层卤化物体系结构。 a，左，是基于DHA的n-i-p钙钛矿太阳能电池的结构，该结构使用P3HT作为空穴传输材料。 FTO，掺氟氧化锡； d-TiO2，致密的二氧化钛； mp-TiO2，中孔二氧化钛。右图，WBH和P3HT之间的接口的结构示意图。 b，c，NBH（b）和DHA（c）的GIWAXS模式。为了获得相应样品的表面结晶信息，将X射线束的入射角设置为0.10°。 d，e，原始NBH表面（d）和DHA的WBH表面（e）的扫描电子显微镜图像。 f，g，表面附近的NBH（f）和DHA（g）的横截面HRTEM图像。比例尺：1μm（d，e）;10 nm（f，g）。 图2 WBH和P3HT之间的范德华相互作用。 a，b，钙钛矿对照品上的P3HT（a）和DHA上P3HT的原子力显微镜相图（b）。比例尺，600 nm。 c，在514 nm激发下，具有P3HT层（FTO / d-TiO2 / mp-TiO2 / NBH /（WBH）/ P3HT）的对照和DHA样品的拉曼光谱。 d，e，沿P3HT的（100）峰的控制（d）和DHA（e）器件的极方位角切割，X射线束的入射角分别为（0.08°，0.10°，0.12°，0.14°和0.19°）。 f，从d和e中的相应数据获得的最大半角全切。
接下来，研究WBH中HTAB的脂肪族部分对P3HT沉积的影响。使用原子力显微镜观察原始钙钛矿（NBH）顶部和DHA（WBH / NBH）顶部P3HT层的形态，在对照样品中，P3HT层沿钙钛矿晶粒显示出平滑的形态。在DHA样品中，观察到自组装的P3HT的原纤维结构。通过对照和从GIWAXS测量获得的具有不同入射角的DHA沿P3HT（100）峰的方位角切割证明用HTAB处理可产生具有与P3HT相互作用的最佳表面的DHA（图2d，e）。可以认定WBH中HTAB的烷基链与P3HT聚合物相互作用，从而形成高度取向的自组装P3HT层。
图4 基于P3HT的DHA太阳能电池的环境稳定性和大规模制造。 a，在室温下相对湿度为85％的情况下，未封装的对照和DHA设备的湿度稳定性测试结果。插图为对照（左）和DHA（右）设备在室温和85％相对湿度下200小时后的照片。 b，通过跟踪1-Sun照明下最大功率点对封装的控制和DHA设备进行操作稳定性测试的结果。 c，5 cm×5 cm DHA基太阳能模块的照片。根据五个单独区域测量值的平均值，指定的照明区域估计为24.97 cm2。比例尺，1厘米。 d，通过使用旋涂（橙色）和棒涂（紫色）方法沉积P3HT层而形成的DHA基太阳能模块的电流-电压（IV）曲线。
WBH层显着改善了钙钛矿的耐湿性以及钙钛矿/ HTL界面处的界面接触。因此，湿气稳定性和照明稳定性均得到显着改善。在没有封装的情况下，在85％RH的湿度下，经过1000小时的老化后，基于WBH的PSC仍保持其初始PCE的80％以上，而没有WBH的PSC在200 h内完全降解。在光照下，具有WBH的PSC在1370 h内保持> 95％的初始PCE，而没有WBH的PSC在100 h内迅速衰减。并以5 cm×5 cm的尺寸制造了基于DHA的模块（，并使用两种不同的沉积方法-旋涂和棒涂-来沉积P3HT层。两种模块的性能相似，对于使用旋涂和棒涂工艺制造的器件，其PCE分别为16.3％和16.0％。
原文信息：
E. H. Jung, N. J. Jeon, E. Y. Park, C. S. Moon, T. J. Shin, T.-Y. Yang,
J. H. Noh, J. Seo, Efficient, stable and scalable perovskite solar cells
using poly(3-hexylthiophene)，Nature 2019, 567, 511.
