西工大陈睿豪、王洪强&南方科大夏海平Angew：反式钙钛矿太阳能电池新进展！

纳米人

2024-12-05

反式（p-i-n）钙钛矿太阳能电池（PSCs）由于低温制备工艺和与串联结构及柔性器件大规模制造的兼容性，成为下一代薄膜光伏技术的有力候选者。基于n型半导体特性的C₆₀电子传输层（ETL）具有良好的稳定性、良好的密度和均匀性，目前已广泛应用于高效且稳定的反式PSCs中。然而，钙钛矿/C₆₀界面仍然存在接触不良的问题，特别是在面积增大时，这些问题尤为突出。此外，该界面附近的少数载流子以及未完全钝化的陷阱态会产生界面复合，影响器件的效率及其稳定性。

鉴于此，近日，西北工业大学材料学院的陈睿豪教授、王洪强教授以及南方科技大学夏海平教授等人开发了一系列碳龙金属芳香族化合物来化学调节钙钛矿表面并优化钙钛矿/C₆₀界面的接触，器件实现了25.80%的效率和优异的工作稳定性。

研究结果表明，二碳龙-菲咯啉（DCP）的三苯基膦（PPh³⁺）通过强π-π堆积作用进一步作为“爪”捕捉C₆₀层，并增强了与钙钛矿薄膜的相互作用力。DCP修饰的薄膜不仅修复钙钛矿表面的孔洞，减少非辐射复合，还能阻碍水、氧气以及从银电极迁移的金属侵蚀，从而提高钙钛矿薄膜和器件的光伏性能。经过DCP修饰的钙钛矿薄膜浅能级缺陷有效减少，薄膜结晶质量明显提高，同时载流子寿命明显提升，这也进一步证明碳龙分子修饰钙钛矿/C₆₀界面有助于增强电荷的传输和薄膜的缺陷钝化。

最终，经过DCP修饰的反式PSCs实现了25.80%的高效率。未封装器件在最大功率点跟踪下，经过1400小时的光照测试，仍保持超过98%的初始值，并表现出卓越的热稳定性，在85°C氮气气氛下经过2500小时后仍保持93%的初始效率。DCP修饰的模组在25.25 cm²的有效面积下达到了20.72%的高PCE。封装器件在最大功率点跟踪下，经过630小时的光照测试，仍保持超过98%的原始效率。

该工作为构建高效稳定的钙钛矿太阳能电池及模组提供了一种新的界面分子调控策略，同时也提供了一种新的界面分子设计合成策略。

论文信息：

Bridged Carbolong Modulating Interfacial Charge Transfer Enhancement for High-Performance Inverted Perovskite Solar Cells

Angewandte Chemie International Edition https://doi.org/10.1002/anie.202420262

课题组招聘信息：

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