西交大吳朝新Nat. 子刊：原位協(xié)同HTL策略，高性能可規(guī)?；疨SCs

發(fā)表時間：2025-10-16 09:55

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主要內(nèi)容

西安交通大學吳朝新與董華帶領(lǐng)其團隊開展研究，發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)均勻且穩(wěn)定的空穴傳輸層（HTL，Hole Transport Layers）對于大面積鈣鈦礦太陽能電池（PSCs，Perovskite Solar Cells）而言至關(guān)重要。然而，當前基于自組裝單分子層（SAM，Self - Assembled Monolayer）的空穴傳輸層存在界面附著力弱、薄膜均勻性差以及穩(wěn)定性有限等問題，嚴重限制了其在大規(guī)模應用中的可擴展性。

鑒于上述問題，團隊提出了一種集成式空穴傳輸層策略。具體而言，該策略是在氧化鎳（NiOx）合成過程中進行原位自組裝單分子層錨定，進而形成一種可規(guī)?；?、高性能且耐用的空穴傳輸層。此策略顯著提升了分子有序性、能級匹配度以及電荷提取能力，有效推動了大面積狹縫涂布模塊性能的顯著提升。

采用這種空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池取得了26.02%的**光電轉(zhuǎn)換效率（PCE，Power Conversion Efficiency，有效面積為0.0655 cm2）。大面積模塊在不同面積下也展現(xiàn)出優(yōu)異性能：23.25 cm2面積下達到22.80%的效率，87.45 cm2面積下達到21.45%的效率，749.276 cm2面積下達到20.21%的效率（認證值為19.50%），充分彰顯了其**的可擴展性。此外，作為商業(yè)化應用的關(guān)鍵考量因素，該電池的輻照穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性均得到顯著提升。封裝后的大規(guī)模工業(yè)模塊成功通過了國際電工委員會（IEC，International Electrotechnical Commission）61215 - 2 - 2021標準中的三項MQT（Module Quality Tests）測試：戶外暴露測試（MQT 08）、紫外預處理測試（MQT 10）以及濕熱運行壽命測試（MQT 13）。

從技術(shù)原理層面深入剖析，團隊提出的基于原位自組裝單分子層（SAM）協(xié)同氧化鎳（NiOx）的集成式空穴傳輸層（HTL）策略，成功克服了傳統(tǒng)分段式空穴傳輸層的局限性。傳統(tǒng)方法中，自組裝單分子層是沉積在預先制備好的氧化鎳層上；而該團隊通過在氧化鎳合成過程中實現(xiàn)一步原位錨定，極大地增強了界面附著力、薄膜均勻性以及電荷傳輸性能，使其高度適配大面積鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的制備。

采用這種集成式空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池器件取得了26.02%的**光電轉(zhuǎn)換效率（PCE，有效面積為0.0655 cm2），通過狹縫涂布法制備的大面積模塊分別達到了22.80%（23.25 cm2）、21.45%（87.45 cm2）和20.21%（749.276 cm2）的效率。該策略還展現(xiàn)出**的穩(wěn)定性，經(jīng)過1000小時（國際光伏穩(wěn)定性測試標準ISOS - L - 3）后仍能保持初始光電轉(zhuǎn)換效率的91%，經(jīng)過500小時（國際光伏穩(wěn)定性測試標準ISOS - D - 3）后能保持88%。此外，面積為749.276 cm2的封裝模塊通過了IEC 61215 - 2 - 2021標準的可靠性測試（MQT 08、MQT 10、MQT 13），證實了其商業(yè)可行性。

這種集成式空穴傳輸層策略有效解決了基于自組裝單分子層的空穴傳輸層在可擴展性和穩(wěn)定性方面面臨的挑戰(zhàn)，為高性能、大面積鈣鈦礦太陽能電池開辟了一條可靠且具有工業(yè)應用前景的途徑。