黃勁松最新Science：強鍵合的空穴傳輸層降低了鈣鈦礦太陽能電池的紫外降解

黃勁松最新Science：強鍵合的空穴傳輸層降低了鈣鈦礦太陽能電池的紫外降解

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【導讀】

已報道的鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)具有較高的功率轉換效率(PCE)和改善的耐久性和可擴展性。一些器件已經達到T90壽命--PCE下降10%的時間--超過10000小時的光照時間，不僅用于小型鈣鈦礦電池，也用于鈣鈦礦微型模塊。然而，幾乎所有的光致穩定性測試都是使用無機發光二極管(LED)作為光源進行的，它們不具有大量的紫外線(UV)成分。沒有室外穩定性的證明，顯示面積>15 cm²的鈣鈦礦模塊在室外測試10周后仍具有>15%的孔徑效率。因此，室內外耐久性測試結果之間存在著巨大的差距，需要進一步提高室外耐久性。雖然可以通過使用紫外濾光層或下轉換發光材料來完全或部分阻斷紫外光，但它們可能會遭受不穩定問題，包括多年的磨損，或增加成本和犧牲能量產率。

【成果掠影】

今日，美國北卡羅來納大學教堂山分校黃勁松課題組，報道了p-i-n結構的鈣鈦礦太陽能電池在未過濾的太陽光和LED下的退化機制。鈣鈦礦與聚合物空穴傳輸材料(HTMs)和透明導電氧化物(TCOs)之間的弱化學鍵合主導了A位陽離子的加速遷移，而不是HTMs的直接降解。EtCz3EPA與強空穴提取聚合物的混合HTM保持了較高的效率，提高了鈣鈦礦器件的紫外穩定性，并且通過PACT中心獨立測量的鈣鈦礦微模組經過29周的戶外測試，保持了>16%的運行效率。相關論文以題為“Strong-bonding hole-transport layers reduce ultraviolet degradation of perovskite solar cells”的論文發表在Science上。

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【數據概況】

圖1. 鈣鈦礦在室內和室外條件下的降解? 2024?AAAS

圖2. 紫外光誘導鈣鈦礦降解的機理? 2024?AAAS

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圖3. 強鍵合HTMs的分子設計? 2024?AAAS

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圖4. PSCs的長期穩定性? 2024?AAAS

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圖5. 鈣鈦礦微模塊的戶外測試? 2024?AAAS

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【成果啟示】

總之，本工作確定了紫外光誘導的鈣鈦礦降解機制，并表明在器件中引入更強的互連層改善了鈣鈦礦微模塊的戶外穩定性。紫外光直接破壞了鈣鈦礦與襯底的界面，導致空穴提取效率低下，加速了A位陽離子遷移。在埋入界面處引入鍵合更強的分子，減少了鈣鈦礦/HTM/ITO區域周圍的非晶相，抑制了紫外光下的陽離子遷移。在小面積PSCs中混合HTM Et Cz3EPA/PTAA：BCP，在LED和LEP燈下測得的T90壽命分別提高到~4610和~1780小時。采用混合HTM的冠軍微模組在PACT中心獨立測量的29周戶外測試后保持了>16%的運行效率。

文獻鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi4531

本文由溫華供稿。