西工大王洪強AFM：PCE21.19%！氧氣輔助化學(xué)反應(yīng)助力高效CsPbI?鈣鈦礦太陽能電池埋底界面優(yōu)化

發(fā)表時間：2025-09-01 11:23

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主要內(nèi)容

全無機CsPbI?鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）作為光伏領(lǐng)域**潛力的候選者，憑借其**的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的光電特性，在單結(jié)和疊層太陽能電池領(lǐng)域備受關(guān)注。然而，過往研究表明，由于相結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在潮濕環(huán)境下，其光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）在短短[X]小時內(nèi)就可能衰減[X]%；同時，不良的界面電荷轉(zhuǎn)移導(dǎo)致電荷復(fù)合嚴重，使得器件在穩(wěn)定性測試中，經(jīng)過[X]小時后性能大幅下降。這些問題嚴重限制了其光電轉(zhuǎn)換效率和長期穩(wěn)定性，進而阻礙了其在光伏應(yīng)用中的進一步發(fā)展。

西北工業(yè)大學(xué)的王洪強教授、佟宇教授、王昆教授帶領(lǐng)其團隊為同時解決這些問題，采用2 -（1 - 環(huán)己烯基）乙胺（CHEA）對鈣鈦礦的埋底界面進行修飾。這一創(chuàng)新策略顯著提升了環(huán)境空氣條件下制備的倒置CsPbI? PSCs的光伏性能。

團隊研究發(fā)現(xiàn)，在退火過程中，CHEA可能發(fā)生氧輔助化學(xué)反應(yīng)（團隊基于實驗現(xiàn)象和相關(guān)理論推測出該反應(yīng)機制，后續(xù)計劃通過原位表征技術(shù)等更深入的研究來明確反應(yīng)過程），形成活性中間體，隨后這些中間體發(fā)生分子間縮合反應(yīng)，從而形成包括C = O和N - H在內(nèi)的多種官能團。這些官能團在空穴傳輸層PEDOT:PSS與鈣鈦礦之間構(gòu)建起牢固的化學(xué)橋梁。

從微觀層面來看，這一化學(xué)橋梁首先優(yōu)化了PEDOT:PSS的結(jié)構(gòu)和電子特性。原本PEDOT:PSS可能存在一些結(jié)構(gòu)缺陷和電子傳輸不暢的問題，而化學(xué)橋梁的形成改善了其分子排列，提高了導(dǎo)電性。同時，它促進了上層CsPbI?鈣鈦礦薄膜更快且缺陷更少的生長。在未修飾時，鈣鈦礦薄膜可能存在孔洞等缺陷，而修飾后，化學(xué)橋梁調(diào)控了結(jié)晶動力學(xué)，使得鈣鈦礦在環(huán)境空氣中能夠?qū)崿F(xiàn)致密且無針孔的生長，顯著減輕了環(huán)境濕氣的不利影響。

從能級匹配角度，優(yōu)化前空穴傳輸層與鈣鈦礦的能級存在較大偏移，導(dǎo)致電荷在界面處積累和復(fù)合。經(jīng)過CHEA修飾后，能級匹配得到顯著優(yōu)化，具體表現(xiàn)為能級偏移從原來的[X] eV降低至[X] eV（若有相關(guān)數(shù)據(jù)可填寫），極大地減少了電荷在界面處的復(fù)合概率，有利于電荷的有效傳輸。

上述微觀層面的各項優(yōu)化效果共同作用，從宏觀上提升了器件性能。倒置CsPbI? PSCs實現(xiàn)了效率的顯著提升，達到21.19%，并且在運行600小時后仍能保持98%以上的初始效率，穩(wěn)定性顯著增強。

西北工業(yè)大學(xué)王洪強教授、佟宇教授、王昆教授團隊提出的這種埋底界面化學(xué)鍵合策略，為開發(fā)高性能IPSCs提供了一種新穎的分子工程途徑，有望推動高效穩(wěn)定單結(jié)和疊層光伏技術(shù)的發(fā)展。