鈣鈦礦太陽能電池空穴傳輸層Sprio-OMeTAD最新Nature Photonics

一、導讀

Sprio-OMeTAD是目前廣泛應用的空穴傳輸材料之一，但通常需要摻雜Li鹽（LITFSI）來促進空穴的移動、提高電導率。其應用領域包括但不限于染料敏化太陽能電池，鈣鈦礦太陽能電池，此外基于Spiro-OMeTAD制備的鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）效率不斷創出新高。盡管如此，摻雜的可控性及暴露在外界刺激下的Spiro-OMeTAD穩定性限制PSCs長期穩定性及商業化應用。摻雜Li鹽的過程需要空氣或氧氣的激活，所以外界環境很大程度決定了摻雜的過程。然而，由于Li鹽的親水性，其高溫下引起薄膜結晶及Li離子擴散并影響其它功能性材料，導致了Spiro-OMeTAD空穴傳輸層壽命降低。人們試圖在空穴傳輸層中摻雜其他材料，開發無摻雜的空穴傳輸材料來解決問題，但是制備出的太陽能電池效率卻并不能達到記錄效率。受到鋰離子電池中硫醇能夠保持結構穩定性的啟發，本文作者嘗試添加1-十二烷基硫醇來解決Spiro-OMeTAD的Li摻雜帶來的問題。

二、成果掠影

傳統的Spiro-OMeTAD空穴材料需要摻雜Li鹽來增加電導率，但是Li鹽的摻雜往往需要將其置放于外界環境，并且Li鹽摻雜可能引起薄膜結晶，其親水性影響了器件的性能和長期穩定性。為此，本文作者在Spiro-OMeTAD添加1-十二烷基硫醇 (DDT) ，發現DDT的加入有利于形成高效、可控的摻雜過程并減少摻雜時間，并且DDT和Li鹽的協同作用增加了摻雜濃度，減少了摻雜劑在界面的累積，提高了空穴傳輸層的結構穩定性及濕、熱、光穩定性。基于DDT處理后的Sprio-OMeTAD制備的PSCs冠軍效率達到了23.1%。第一作者為Xu Liu，通訊作者為Xiaojing Hao, Martin Green教授，通訊單位為澳大利亞新南威爾士大學，相關文章以“Perovskite solar cells based on spiro-OMeTAD stabilized with an alkylthiol additive”發表在Nature Photonics上。

三、核心創新點

在Spiro-OMeTAD空穴層中摻雜DDT，使得摻雜過程更加可控、高效，大大提高了空穴傳輸層的穩定性。

四、數據概覽

圖一：DDT添加劑對p-摻雜的影響?2022 The authors

圖二：DDT添加劑對鋰化合物的影響 ?2022 The authors

圖三：DDT添加劑對器件性能的影響 ?2022 The authors

圖四：DDT添加劑對濕度穩定性的影響?2022 The authors???

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圖五：DDT添加劑對熱穩定性的影響 ?2022 The authors

圖六：DDT 添加劑對光穩定性的影響?2022 The authors

五、成果啟示

空穴傳輸層Spiro-OMeTAD中LITFSI摻雜帶來的穩定性問題一直限制著其在鈣鈦礦太陽能電池穩定性測試中的表現。控制LITFSI摻雜所需要的氧化過程，限制可能的Li離子擴散至其他功能材料，以及減緩LITFSI的親水性導致鈣鈦礦太陽能電池的濕度穩定性較差等問題，使得開發新型摻雜劑成為了關鍵。DDT的摻雜可以氧化Spiro-OMeTAD空穴傳輸層，提高空穴傳輸層的疏水性，通過配位將LITFSI固定在空穴傳輸層并維持其結構穩定性，還可以抑制離子遷移，因此器件的濕度、光、熱穩定性得以大大提升，為鈣鈦礦太陽能電池的商業化提供了指導。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-022-01111-x

By 搬磚仔兒