Joule：用可印刷碳陰極增強p-i-n型鈣鈦礦太陽能電池的可行性：極性反轉的起源

可印刷的后電極是鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）規模化應用的關鍵技術。碳電極在n-i-p（“常規”）結構中已廣泛應用，但其在p-i-n（“倒置”）結構中的應用因界面能量失配而受限。

本研究德國埃爾朗根-紐倫堡大學Tian Du和Christoph J. Brabec等人通過引入具有良好機械耐久性和n型摻雜水平的氧化錫（SnO?）中間層，成功將碳從空穴收集陽極轉變為電子收集陰極，顯著降低了電子提取勢壘，使碳電極效率（21.8%）與銀電極（24.0%）之間的差距大幅縮小。這一進展顯著提升了PSCs的實用性：效率的輕微下降被預期使用壽命的3倍提升（>8,000小時）和材料成本降低60%所抵消，凸顯了碳作為低成本替代材料在p-i-n型PSCs產業化中的潛力。

研究亮點：

1. 實現碳電極極性反轉：通過原子層沉積（ALD）制備的氧化錫中間層，首次將碳從空穴收集陽極轉變為電子收集陰極，解決了p-i-n結構中碳電極不兼容的長期難題。

2. 兼顧高性能與低成本：碳基器件在效率（21.8%）接近銀基器件的同時，穩定性顯著提升（T??壽命＞8,000小時），材料成本降低60%以上，推動了全印刷、低成本鈣鈦礦光伏產業化。

3. 提出普適性界面設計原則：通過調控SnO?中的氧空位濃度，實現能帶對齊與電子隧穿，為n型金屬氧化物與碳之間的高效電子提取提供了通用物理機制。

Tian Du et.al Enhancing the viability of p-i-n perovskite solar cells with printable carbon cathode: Origin of polarity inversion Joule 2025

DOI: 10.1016/j.joule.2025.102224

https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102224

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