通过集成亚波长尺寸的等离子体合金纳米粒子实现高效稳定的无空穴阻挡层钙钛矿太阳能电池

摘要： 钙钛矿太阳能电池作为可再生能源的潜在替代方案展现出巨大前景。近期，无需空穴阻挡层的钙钛矿太阳能电池通过摒弃复杂的高温制备工艺，推动了光伏器件的创新设计。然而，空穴阻挡层的移除限制了钙钛矿太阳能电池的能量转换效率，并严重削弱了其稳定性。本文展示了一种简便方法（无需耗能且耗时的工序）来制备无空穴阻挡层钙钛矿太阳能电池——通过集成湿化学法合成的直径与元素组成可控的铜银合金纳米颗粒实现。采用喷涂/干燥法在后侧集成亚波长尺寸（200纳米直径）的银铜合金颗粒，通过宽带波长范围内的有效光散射显著增强了钙钛矿层的光吸收，同时因合金颗粒的高导电性降低了电池串联电阻。这种颗粒集成使器件因光学和电学性能的显著提升而达到18.89%的最高效率，成为目前性能最优异的无阻挡层钙钛矿太阳能电池及等离激元钙钛矿太阳能电池之一。此外，铜基纳米颗粒能有效阻止钙钛矿向金属背电极扩散（该扩散会导致金电极严重腐蚀及效率下降），通过在钙钛矿与电极间引入合金纳米颗粒，使电池长期稳定性和光稳定性分别提升80%和200%。这项简单高效的制备工艺为钙钛矿太阳能电池的可制造性开辟了新途径。