Gr?tzel和Sargent強強聯合，鈣鈦礦再登Nature！

一、【導讀】

鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的認證效率最近達到了26.1%。然而，最高功率轉換效率（PCE）的器件在加速老化測試中運行穩定性較差。器件穩定性受限的原因在于空穴傳輸層中存在移動性和吸濕性的p型摻雜劑，從而破壞了濕度和熱穩定性。倒置PSCs利用未摻雜的空穴選擇性觸點提供了一種解決方案，有望提高運行穩定性。最近的研究表明，倒置PSC的PCE超過了25%。然而，在遵守嚴格的準穩態（QSS）協議時，其認證效率（約24%）需要進一步提高。為了進一步提高效率，將有效的光管理與低界面損耗相結合至關重要。

?二、【成果掠影】

近日，美國西北大學Edward H. Sargent教授聯合瑞士洛桑聯邦理工學院Michael Gr?tzel等人將共形自組裝單層（SAM）作為光管理織構化基底上的空穴選擇性接觸。分子動力學模擬表明，膦酸吸附過程中形成的簇會導致SAM覆蓋不完全。因此作者開發了一種共吸附策略，它能分解高階團簇，從而使膦酸分子均勻分布，最大限度地減少界面復合并改善電子結構。所制備的鈣鈦礦PCE為25.3%，經認證的倒置PSC準穩態PCE為24.8%，光電流接近S-Q最大值的95%。封裝器件在室溫下的PCE為24.6%，在65℃和50%相對濕度條件下，在1個太陽光照明下跟蹤最大功率點超過1000小時后，仍能保持95%的峰值性能。這是加速老化條件下最穩定的PSC之一，其PCE超過了24%。膦酸在織構化基底上的吸附工程為高效、穩定的PSCs提供了一條很有前途的途徑。研究成果以題為“Low-loss contacts on textured substrates for inverted perovskite solar cells”發表在知名期刊Nature上。

三、【數據概覽】

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圖1? 有/無分子添加劑的膦酸吸附的MD模擬 ? 2023 Springer Nature

（a）膦酸2PACz和雙官能化合物3-MPA的化學結構。

（b）在有/無3-MPA的情況下，在設定的時間段內形成的2PACz簇的總數。

（c）在吸附平衡時形成的2PACz團簇的類型。

（d-e）對照和混合體系的平衡分子表示的俯視圖。

（f）展示了3-MPA作為共吸附劑的作用。

圖2? FTO基底上形成的自組裝單層的均勻性 ? 2023 Springer Nature

（a）對照和混合樣品的P 2p和S 2p XPS光譜。

（b）2PACz和3-MPA透射FTIR光譜，與SAM或3-MPA涂覆的FTO基底的ATR-FTIR光譜進行對比。

（c）對照和混合SAM涂覆的FTO基板的KPFM圖像。

（d）夾在MoO_x和FTO之間的對照和混合SAM的橫截面HAADF-STEM圖像。

圖3? 不同FTO/SAM基底上鈣鈦礦薄膜的性能 ? 2023 Springer Nature

（a-b）沉積在對照和混合SAM上的鈣鈦礦膜的俯視SEM圖像。

（c）對照和混合SAM上鈣鈦礦膜的GIWAXS圖像。

（d-e）FTO/對照SAM和FTO/混合SAM基底上的鈣鈦礦的TOF-SIMS圖譜。

（f）FTO（無SAM）、對照和混合SAM上的鈣鈦礦膜的絕對強度PL光譜。

（g）對照和混合SAM上鈣鈦礦薄膜的PLQY。

（h）對照和混合SAM上鈣鈦礦薄膜的UPS和IPES光譜。

（i-j）鈣鈦礦/對照SAM和鈣鈦礦/混合SAM雙層的能級示意圖。

圖4? 鈣鈦礦太陽能電池的光伏性能 ? 2023 Springer Nature

（a）具有紋理FTO襯底的器件架構的示意圖。

（b）用于控制和混合SAM器件的太陽能電池參數。

（c）混合SAM器件的EQE和積分J_sc曲線。

（d）在Newport認證的一個代表性混合SAM設備的QSS J-V曲線。

（e）在QSS條件下測量的倒置PSC的認證性能。

（f）在1太陽光照下封裝混合SAM器件的MPPT，散熱片溫度為65℃，相對濕度約為50%。

四、【成果啟示】

這項研究開發了一種共形自組裝單層（SAM）作為光管理織構化基底上的空穴選擇性接觸。MD模擬表明膦酸吸附過程中形成的簇會導致SAM覆蓋不完全。基于此，研究人員開發了一種共吸附策略，它能分解高階團簇，從而使膦酸分子均勻分布，最大限度地減少界面復合并改善電子結構。所制備鈣鈦礦PCE為25.3%，經認證的倒置PSC準穩態PCE為24.8%，光電流接近S-Q最大值的95%。封裝器件在室溫下的PCE為24.6%，在65℃和50%相對濕度條件下，在1個太陽光照明下跟蹤最大功率點超過1000小時后，仍能保持95%的峰值性能，是目前加速老化條件下最穩定的PSC之一，其PCE超過了24%。本研究為高效、穩定的PSCs的開發提供了思路。

原文詳情：Low-loss contacts on textured substrates for inverted perovskite solar cells(Nature 2023,?DOI: 10.1038/s41586-023-06745-7)

本文由大兵哥供稿。