Joule：用可印刷碳阴极增强p-i-n型钙钛矿太阳能电池的可行性：极性反转的起源

可印刷的后电极是钙钛矿太阳能电池（PSCs）规模化应用的关键技术。碳电极在n-i-p（“常规”）结构中已广泛应用，但其在p-i-n（“倒置”）结构中的应用因界面能量失配而受限。

本研究德国埃尔朗根-纽伦堡大学Tian Du和Christoph J. Brabec等人通过引入具有良好机械耐久性和n型掺杂水平的氧化锡（SnOₓ）中间层，成功将碳从空穴收集阳极转变为电子收集阴极，显著降低了电子提取势垒，使碳电极效率（21.8%）与银电极（24.0%）之间的差距大幅缩小。这一进展显著提升了PSCs的实用性：效率的轻微下降被预期使用寿命的3倍提升（>8,000小时）和材料成本降低60%所抵消，凸显了碳作为低成本替代材料在p-i-n型PSCs产业化中的潜力。

研究亮点：

1. 实现碳电极极性反转：通过原子层沉积（ALD）制备的氧化锡中间层，首次将碳从空穴收集阳极转变为电子收集阴极，解决了p-i-n结构中碳电极不兼容的长期难题。

2. 兼顾高性能与低成本：碳基器件在效率（21.8%）接近银基器件的同时，稳定性显著提升（T₈₀寿命＞8,000小时），材料成本降低60%以上，推动了全印刷、低成本钙钛矿光伏产业化。

3. 提出普适性界面设计原则：通过调控SnOₓ中的氧空位浓度，实现能带对齐与电子隧穿，为n型金属氧化物与碳之间的高效电子提取提供了通用物理机制。

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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