有機鹵化鉛鈣鈦礦材料因優異光電性能推動鈣鈦礦電池的研究，但該電池存在不穩定性，尤其對水分敏感，影響其商業應用。

TTC層在鈣鈦礦的晶界上有效地沉積，對晶粒表面和晶界進行了鈍化，從而減少了鈣鈦礦太陽能電池的界面復合，在鈣鈦礦薄膜上的疏水小分子 TTC 形成了一層防水層，保護鈣鈦礦免受水分損害。

本文研究了一種有機小分子四十二烷作為平面p-i-n 鈣鈦礦電池的中間層。通過引入TTC層，實現了高功率轉換效率（PCE）和高填充因子（FF），同時TTC層作為一種疏水層，有效保護了鈣鈦礦膜免受水分損害，提高了電池的長期穩定性，在空氣中連續暴露200小時后，仍保持了87%的初始效率。

鈣鈦礦前驅體的制備

混合：將 MAI、PbI2 和 DMSO 粉末按照 11 的摩爾比例混合在無水 DMF 中。溶解：將上述混合物在室溫下攪拌過夜，以確保充分溶解。

過濾：使用 0.22 μm PVDF（聚偏氟乙烯）濾膜對溶液進行過濾，以去除可能存在的不溶性顆?；螂s質。

制備：完成過濾后的鈣鈦礦前驅體溶液用于下一步的旋涂過程。鈣鈦礦太陽能電池的制造

用ITO（銦錫氧化物）玻璃基底，首先用洗滌劑清洗，然后依次用去離子水、丙酮和異丙醇沖洗。用氮氣吹干后，進行紫外臭氧處理10分鐘，以清潔和粗糙化基底表面，增強后續層的附著力。

整個制造過程在室溫下、空氣中進行，確保了工藝的可擴展性和低成本性。通過精確控制每一層的厚度和質量，以及優化各層之間的界面，可以顯著提高鈣鈦礦太陽能電池的性能和穩定性。鈣鈦礦太陽能電池性能的評估

鈣鈦礦太陽能電池的結構及相關材料特性

鈣鈦礦太陽能電池的層級結構：包括ITO基底、空穴傳輸層、鈣鈦礦層、TTC鈍化層、C60電子傳輸層、BCP和Ag電極。

TTC層位于鈣鈦礦層和C60電子傳輸層之間，作為鈍化材料，有助于減少界面復合并提高電子提取效率。

TTC/C60涂層的鈣鈦礦薄膜的衍射峰強度顯著降低，這可能是由于TTC改善了鈣鈦礦表面的覆蓋率。對不同鈍化層的鈣鈦礦薄膜進行了UV-Vis光譜測量。與原始鈣鈦礦相比，含有各種鈍化層的薄膜顯示出類似的吸收行為，表明TTC層對光吸收的影響較小。

結果表明，TTC層的引入有效地改善了鈣鈦礦表面的覆蓋率和晶體質量，同時對光吸收的影響較小，有助于提高電池的性能和穩定性。不同鈍化層對鈣鈦礦表面和電荷復合的影響

鈣鈦礦太陽能電池表面形貌和電荷動力學

頂視SEM圖像：原始鈣鈦礦的圖像顯示了鈣鈦礦的典型表面特征，包括晶粒和晶界。

TTC層沉積在鈣鈦礦表面，有助于填充晶界和表面缺陷，減少表面粗糙度。C60層同樣可以覆蓋鈣鈦礦表面，減少表面粗糙度。TTC和C60的組合涂層進一步改善了表面形貌，提供了更均勻和平滑的表面。

AFM圖像：通過比較鈣鈦礦、TTC/鈣鈦礦、C60/鈣鈦礦和C60/TTC/鈣鈦礦薄膜的AFM圖像，可以看出TTC和C60的引入顯著降低了表面粗糙度，其中TTC/C60組合涂層效果最佳。

TRPL光譜：原始鈣鈦礦顯示出較長的熒光壽命，表明高質量的鈣鈦礦薄膜。C60涂層的TRPL壽命顯著縮短，表明電子從鈣鈦礦到C60的快速轉移。TTC涂層的TRPL壽命與原始鈣鈦礦相似，表明TTC的絕緣性質阻止了電子的轉移。TTC/C60涂層的TRPL壽命增加，表明TTC層改善了電子的提取和減少了界面復合。

PL光譜：原始鈣鈦礦具有最強的PL強度，峰位在774 nm；C60涂層的PL強度降低，峰位藍移至771 nm，表明表面和晶界陷阱態的減少；TTC涂層的PL強度進一步降低，表明TTC層有效地鈍化了鈣鈦礦表面的缺陷態。

TTC和C60的引入不僅改善了鈣鈦礦薄膜的表面質量，還顯著提高了電子提取效率和減少了界面復合，從而提高了鈣鈦礦太陽能電池的性能。鈣鈦礦太陽能電池的光伏性能

鈣鈦礦電池光電性能和穩定性測試結果

隨著TTC 厚度增加到1nm 及以上，電池性能顯著提升，TTC 厚度為 2nm 時達到最佳，此時Voc略微升高至 1.084V，Jsc提高到 23.07mA/cm2，FF 增加至 79.41%，PCE 達到 20.05% 的高效率。

當 TTC 厚度超過 3nm時，由于電子隧穿困難，電池性能嚴重下降。這表明 TTC 層的厚度對電池性能有著關鍵影響，合適厚度的 TTC 層能夠有效優化電池的光電轉換性能。

在350 - 800nm 波長范圍內，TTC 修飾的電池EQE 響應增強。通過 EQE 光譜積分計算得到的電流密度分別為 20.99mA/cm2（對照）和 22.01mA/cm2（TTC），與太陽能模擬器測量得到的Jsc值吻合，說明 TTC 層有助于提高電池對光生載流子的收集效率。

帶有 TTC 層的電池滯后現象可忽略不計，而僅含C60的電池存在明顯滯后。這說明TTC鈍化層能夠有效阻塞晶界處的離子遷移通道，減少離子遷移對光電流滯后的影響，從而提高電池的穩定性和重復性。

TTC層的引入顯著提高了電池的光電性能，包括提高PCE、減少J-V遲滯、降低暗電流密度和改善電子提取效率。此外，TTC層還有助于提高電池的穩定性和抑制離子遷移。不同涂層的表面潤濕性（接觸角）測試

電池穩定性曲線和接觸角測試

設備穩定性測試

在連續光照下，未添加TTC層的電池效率隨時間顯著下降。

添加TTC層的電池顯示出更好的穩定性，即使在長時間光照后，仍能保持較高的效率。這表明TTC層有效保護了鈣鈦礦層免受水分和氧氣的侵蝕。

接觸角測試

接觸角分析：通過測量水接觸角來評估不同涂層鈣鈦礦薄膜的表面潤濕性。

原始鈣鈦礦：展示了相對較小的接觸角，表明表面親水性較強。

鈣鈦礦/C60：C60層的引入略微改善了表面的疏水性，接觸角有所增加。

鈣鈦礦/TTC：TTC層的引入顯著提高了表面的疏水性，接觸角達到103°，表明TTC層能有效阻止水分的滲透。

鈣鈦礦/TTC/C60：盡管C60層的加入略微降低了接觸角，但仍然保持在91°的較高水平，表明TTC和C60的組合涂層仍然提供了良好的疏水保護。

在穩定性方面，對不同薄膜的接觸角測量表明，TTC 薄膜具有高達103°的水接觸角，展現出極強的疏水性。這一特性有效阻止了水向鈣鈦礦內部的滲透，在其表面形成良好的防水層。美能接觸角測試儀CAT-S

美能接觸角測試儀CAT-S采用光學成像的原理，通過圖像輪廓分析方式測量樣品表面接觸角、潤濕性能、表界面張力、表面能、滾動（滑落角）、前進后退角等性能。

• 國內首創接觸角前10s緩存回放
• 具有自動滴液功能

動靜態接觸角、表面能、表界面張力等測量功能

在鈣鈦礦太陽能電池的研究和開發中，對材料表面特性的精確測量至關重要。美能接觸角測試儀CAT-S通過其先進的光學成像原理和圖像輪廓分析技術，我們能夠精確測量樣品表面的接觸角、潤濕性能、表界面張力和表面能等關鍵參數，提供了關于TTC層疏水性能的重要數據，這些數據對于優化電池設計和提高電池穩定性至關重要。

原文出處：Surface Passivation of Perovskite Solar Cells Toward Improved Efciency and Stability

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