杭電嚴文生Adv. Sci.：協(xié)同自組裝界面工程助力打造抗彎曲、高效F-PSCs

主要內容

柔性鈣鈦礦太陽能電池（F-PSCs）因其**的機械柔韌性而備受關注。然而，隱匿的底部界面缺陷阻礙了器件性能的進一步提升。在此背景下，杭州電子科技大學嚴文生教授、杭州眾能光電科技有限公司的Lei Shi以及中國計量大學的Chu Zhang強強聯(lián)合，帶領團隊開展研究。

該聯(lián)合團隊在鈣鈦礦太陽能電池領域有著深厚的研究基礎和豐富的實踐經驗，采用共自組裝單分子層（Co-SAM）工程策略，將4-硝基苯基磷酸酯（PNPP）整合到[4-(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]膦酸（Me-4PACz）中，以改善NiOx/鈣鈦礦（PVK）界面。該技術提升了NiOx/Me-4PACz表面的均勻性和親水性，同時促進了PVK晶體取向的有利生長。此外，PNPP有效減少了NiOx表面及底層PVK中缺陷的產生，最終顯著提高了界面電荷轉移效率。因此，F(xiàn)-PSCs的效率從21.46%提升至23.66%。由于PVK內部應力分布得到改善，且NiOx/PVK邊界處的粘附性更強，F(xiàn)-PSCs在經歷10,000次彎曲循環(huán)后，仍能保持初始效率的80%。值得注意的是，PNPP展現(xiàn)出**的PbI2捕獲能力，有助于減少器件在運行條件下的鉛泄漏。

總體而言，在該聯(lián)合團隊的研究中，將PNPP引入Me-4PACz中，可形成高效的共自組裝單分子層（Co-SAM）修飾層，從而優(yōu)化柔性鈣鈦礦太陽能電池（F-PSCs）中的埋底界面。PNPP中的磷酸基團可有效抑制NiOx表面的缺陷，而硝基基團則增強了潤濕性，并鈍化了鈣鈦礦薄膜底部的有機陽離子和鹵化物空位缺陷。PNPP的引入不僅增強了分子剛性，還通過強化分子間相互作用促進了更致密薄膜的形成，從而提高了鈣鈦礦的結晶度并緩解了殘余應力。這種結晶度的提高和殘余應力的緩解，使得鈣鈦礦薄膜在F-PSCs中能夠更穩(wěn)定地工作，從而為器件性能的提升奠定了堅實基礎。Co-SAM修飾改善了薄膜的形貌和成分均勻性，減輕了拉伸應力，增強了機械可靠性。因此，本研究通過Co-SAM策略成功優(yōu)化了界面工程，并提升了F-PSCs的性能。采用Co-SAM的F-PSCs實現(xiàn)了23.66%的最高光電轉換效率（PCE），且可擴展的大面積剛性模塊和柔性模塊分別實現(xiàn)了17.01%和15.72%的效率。該方法顯著改善了NiOx/鈣鈦礦界面處的能級匹配、缺陷鈍化和電荷載流子傳輸。實驗結果表明，Co-SAM修飾不僅提高了鈣鈦礦薄膜的結晶度，還通過釋放殘余應力和增強機械柔韌性大幅提升了器件的穩(wěn)定性。

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