等离子体表面处理技术在有机 - 无机杂化钙钛矿电池中应用

等离子体表面处理就是让等离子体与材料表面接触，在等离子体作用下改变材料表面性能。等离子体表面处理通常采用非聚合性气体如Ar、N2、H2、O2等，参与等离子体表面处理反应的粒子有电子、离子、自由基和等离子体产生的紫外光等。不同粒子与物体表面反应原理各不相同。

电子在等离子体活性粒子中质量小、运动速度快、能量高。电子和表面的相互作用主要的表现有三种：电子轰击引起的二次电子发射，电子轰击物体表面促使物体表面的吸附分子解离和电子诱导的化学反应等。

离子和表面反应分为三类：离子在物体表面的复合和离子入射物体表面引发二次电子发射、离子注入物体表面内部将动量传递给晶格原子致使晶格原子激发或电离，入射离子被物体表面反射或捕获同时入射离子的轰击还可能是物体表面溅射出粒子、离子诱导表面化学发应等。

自由基和原子与表面的相互作用，主要是自由基和原子易被化学吸附在对其母体分子呈惰性的表面上。对于电子碰撞激发的亚稳态分子易被解激发，解激发有可能导致化学反应和脱附。

等离子体表面处理属于干式工艺，可以节省能源、无公害。同时等离子体可以处理各种形状的材料，其处理时间短、效率高[68]。另外，等离子体表面处理技术仅限于表面几到几百个纳米的范围内，在改善材料表面性能的同时不改变材料本质特性。

等离子体表面处理技术已经被广泛应用于OLED和有机太阳电池中。如氧等离子体处理ITO表面有效清洁ITO，提高ITO表面浸润性同时提高ITO的功函数，降低ITO和活性层的势垒，提高器件的光电性能。NH3、N2O等离子体能够提高ITO的功函数[70]，而H2、Ar、Ne等离子体能够降低ITO功函数[31]。因此，等离子体处理可以有效调节ITO功函数而被广泛应用在有机太阳电池中。

提高电极表面的浸润性以提高太阳电池的器件性能在钙钛矿太阳电池中同样适用。采用UV紫外处理FTO，制备了无致密层平面钙钛矿太阳电池并得到了12%的光电转换效率。O2等离子体处理在提高浸润性方面的功能可与UV紫外处理相匹配，因此理论上用O2等离子体处理FTO同样能得到有效工作的钙钛矿太阳电池。同时随着平面钙钛矿太阳电池的发展，越来越多的有机太阳结构被用于钙钛矿太阳电池中。用等离子体调节ITO功函数并将其应用于平面有机结构钙钛矿太阳电池中又可能会进一步提高钙钛矿太阳能电池。