金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池(MHPSCs)因其高效率和低制造成本而備受關(guān)注，但其在環(huán)境條件下的長期穩(wěn)定性仍然是主要挑戰(zhàn)。然而，其在環(huán)境應(yīng)力下的長期操作穩(wěn)定性仍然是商業(yè)化的關(guān)鍵限制。在此研究中，科學(xué)家探索了一種使用超薄金剛烷基等離子體聚合物(ADA)薄膜的雙重鈍化策略，通過遙控等離子體輔助真空沉積(RPAVD)沉積，以增強MHPSCs的環(huán)境穩(wěn)定性。ADA層同時引入于電子傳輸層(ETL)/鈣鈦礦層和鈣鈦礦層/空穴傳輸層(HTL)界面，提供與精細(xì)鈣鈦礦薄膜兼容的均勻、透明且熱穩(wěn)定的涂層。這種方法不僅能夠鈍化界面缺陷，還能作為阻擋濕氣和紫外線引起的降解。結(jié)合ADA層的器件在苛刻條件下表現(xiàn)出顯著提高的穩(wěn)定性，在長時間過渡暴露于濕度和連續(xù)照明下，仍能保持其初始效率的80%(經(jīng)過4000分鐘)。這些結(jié)果展示了多功能等離子體聚合物涂層在鈣鈦礦太陽能電池可擴展且高耐久制造中的潛力。

a) 針對基于金剛烷等離子體聚合物薄膜(ADA)的夾心結(jié)構(gòu)的太陽能電池制備工藝示意圖。 b) 太陽能電池結(jié)構(gòu)的示意圖，其中在鈣鈦礦/空穴傳輸層(HTL)和電子傳輸層(ETL)/鈣鈦礦界面均加入了ADA層。(消息來源：Materials Today Energy: https://doi.org/10.1016/j.mtener.2025.102117)

科學(xué)家提出使用遙控等離子體輔助真空沉積(RPAVD)技術(shù)沉積的超薄金剛烷等離子體聚合物(ADA)薄膜，作為n-i-p鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)中ETL/鈣鈦礦和鈣鈦礦/HTL界面的鈍化材料。該等離子體聚合物薄膜通過在遙控微波等離子體存在下對金剛烷粉末前驅(qū)體進行真空升華一步制備而成。RPAVD在室溫下進行，可兼容高度敏感的基底和大面積基板。此前的研究表明，ADA薄膜在等離子體輔助沉積后仍保留籠形金剛烷骨架，保持關(guān)鍵分子特征，并通過光譜技術(shù)(如FTIR、XPS)得到驗證。所得ADA薄膜在可見光和紫外光范圍內(nèi)透明，熱穩(wěn)定性高達(dá)250 oC，不溶于水，可作為有機支持納米結(jié)構(gòu)的一致保護層。厚度為200 nm的ADA層已被證明能夠作為高效封裝材料用于MHPSCs，保護其免受水浸和濕度影響。

此外，在最近的研究中，科學(xué)家證明超薄ADA薄膜是ETL/鈣鈦礦界面的可靠鈍化層，可在不影響PSCs效率的情況下改善濕度穩(wěn)定性和器件可重復(fù)性。值得注意的是，使用5 nm ADA層進行鈍化的器件在所有測試厚度中表現(xiàn)出最高的電荷收集效率?；谶@些研究結(jié)果，本研究將探索范圍擴展到鈣鈦礦層本身，評估ADA薄膜對鈣鈦礦層及整體性能和穩(wěn)定性的影響。提供了對雙重鈍化策略的全面評估，強調(diào)其在穩(wěn)定高效鈣鈦礦太陽能電池中的潛力。

在鈣鈦礦/空穴傳輸層界面加入ADA層的太陽能電池示意圖。b) 鈣鈦礦太陽能電池在鈣鈦礦/Spiro界面使用金剛烷等離子體聚合物薄膜作為鈍化層時的電流密度-電壓曲線。

研究表明，6 納米厚的 ADA 層不足以完全防止鈣鈦礦材料因水分引起的降解;然而，在高濕度環(huán)境中，它確實提供了一定程度的物理保護。事實上，PVK/Spiro 界面的 ADA 中間層提高了鈣鈦礦太陽能電池在潮濕條件下(室溫下相對濕度為 70%)的穩(wěn)定性，保留了初始效率的 60%，而參考樣品的效率下降到初始效率的 40%。阻抗分析表明，穩(wěn)定性的提升與移動離子缺陷的抑制(鈍化)有關(guān)。這些缺陷通常積聚在界面處，導(dǎo)致額外的復(fù)合路徑，這主要降低了未保護參考太陽能電池的開路電壓。這一觀察結(jié)果與鈍化樣品中穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光強度的增加一致。

另一方面，用超薄的ADA薄膜保護ETL/PVK和PVK/HTL界面，使得太陽能器件在4000分鐘的濕度測試(室溫下100%相對濕度)后，仍能保持近80%的初始效率，而參考樣品的效率下降至40%。雙鈍化鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性提升不僅歸因于對潮濕環(huán)境的保護作用，還由于緩解了TiO2在紫外光輻射下光催化效應(yīng)引起的降解。這表明，通過RPAVD技術(shù)沉積的ADA層具有作為多功能材料的潛力，既可作為界面的防潮層，也可作為納米級涂層來改善鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性。單一材料能夠在器件中執(zhí)行多重功能，這在鈣鈦礦太陽能電池的工業(yè)化可擴展加工中具有關(guān)鍵優(yōu)勢。