鈣鈦礦太陽能電池，最新Science!

【導讀】

p-i-n型鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）比n-i-p型對應物具有制造簡單、更適合電荷提取層和低溫加工等優點。與傳統的聚合物和金屬氧化物空穴傳輸材料相比，自組裝單層（SAM）可以提高p-i-n PSCs的性能，然而基于SAM的PSCs具有較差的熱穩定性。目前基于SAM的PSCs的大多數研究都報告了其在室溫下的工作穩定性，或通過穩定鈣鈦礦表面和本體來增強器件在熱應力下的耐久性，但很少討論SAM形成分子在高溫（>65°C）下的降解效應。

【成果掠影】

基于此，香港城市大學朱宗龍教授、華中科技大學李忠安教授等人聯合報道了一種由氧化鎳（NiOx）納米顆粒膜和表面錨定的（4-（3,11-二甲氧基-7H-二苯并[c，g]咔唑-7-基）丁基）膦酸（MeO-4PADBC）SAM組成的熱穩定性空穴選擇層（HSL），該層可以改善和穩定NiOx/鈣鈦礦界面。NiOx/MeO-4PADBC與鈣鈦礦之間的高能排列以及良好的接觸和結合降低了具有各種鈣鈦礦成分的PSCs的電壓缺陷，并在熱應力下產生了較強的界面增韌效應。由此產生的1.53電子伏p-i-n PSCs實現了25.6%的功率轉換效率，并且在65℃下運行1200小時后，電池保持了超過90%的初始效率。該論文以題為“Stabilized hole-selective layer for high-performance inverted p-i-n perovskite solar cells”發表在知名期刊Science上。

【數據概覽】

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圖1、HSLs的分子結構和性能 ? 2023 AAAS

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圖2、不同HSLs組裝的PSC的光伏性能 ? 2023 AAAS

圖3、PSCs降解機理分析 ? 2023 AAAS

圖4、PSCs在不同溫度下的長期穩定性評估 ? 2023 AAAS

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【成果啟示】

研究人員開發了一種高效且穩定的HSL，其熱穩定性大大提高，用于含有倒置p-i-n PSCs的高效SAM。MeO-4PADBC的合理分子結構設計和深入分析表明，最佳的偶極矩和與鈣鈦礦的良好接觸是實現理想能量排列和快速空穴提取以提高器件效率和穩定性的關鍵。此外，MeO-4PADBC-SAM分子在NiOx膜上的錨定可以與NiOx形成更強的三齒鍵，這有效地降低了電壓損失，并在熱應力下進一步保持了強大的固定效果。本研究為設計高效穩定的HSL提供了理論指導，并為容易獲得商業上可用的倒置p-i-n PSCs奠定了基礎。

文獻鏈接：Stabilized hole-selective layer for high-performance inverted p-i-n perovskite solar cells (Science 2023, 382, 284-289)

本文由大兵哥供稿。