大連化物所劉生忠AFM：電子束處理NiOx與p型小分子耦合，實(shí)現(xiàn)高效倒置PSCs

主要內(nèi)容

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的劉生忠研究員、陜西師范大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的馮江山副研究員以及揚(yáng)州大學(xué)的方志敏博士等科研人員組成的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，氧化鎳（NiOx）憑借其成本低廉且化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的特性，成為**商業(yè)化應(yīng)用潛力的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）空穴傳輸層（HTL）材料。然而，當(dāng)鈣鈦礦與NiOx直接接觸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生界面應(yīng)力、引發(fā)氧化還原反應(yīng)，還會(huì)出現(xiàn)陷阱輔助的電荷復(fù)合問(wèn)題，這些問(wèn)題嚴(yán)重限制了PSCs的性能。

基于此，研究團(tuán)隊(duì)提出了雙層空穴傳輸層耦合策略：在NiOx層與鈣鈦礦層之間引入一種低成本的p型小分子材料——N,N“ - 二苯基 - N,N” - 二（3 - 甲基苯基） - 1,1′ - 聯(lián)苯 - 4,4′ - 二胺（TPD）作為界面層，與經(jīng)電子束處理的NiOx協(xié)同構(gòu)建空穴傳輸體系。該體系通過(guò)優(yōu)化能級(jí)排列，顯著提升了空穴提取能力。同時(shí)，TPD的引入發(fā)揮了三大核心作用：

其一，調(diào)控鈣鈦礦的結(jié)晶過(guò)程，降低薄膜的缺陷密度；

其二，緩解因NiOx與鈣鈦礦晶格失配而產(chǎn)生的界面應(yīng)力；

其三，直接調(diào)節(jié)能級(jí)排列，并阻隔NiOx/鈣鈦礦界面處可能發(fā)生的不利反應(yīng)，從而對(duì)鈣鈦礦層形成有效保護(hù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于電子束處理NiOx/TPD的倒置PSCs取得了創(chuàng)紀(jì)錄的25.80%的效率，且在197小時(shí)內(nèi)仍能保持初始效率的92%；柔性器件的效率達(dá)到23.69%，在半徑為4毫米的條件下，經(jīng)過(guò)8000次彎曲循環(huán)后，仍能保持初始效率的91%。進(jìn)一步構(gòu)建的雙層空穴傳輸層（BHTL）使PSCs的平均光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）從21.75%提升至25.45%，1平方厘米面積器件與柔性器件的PCE分別達(dá)到23.57%和23.69%。此外，該體系在空氣儲(chǔ)存穩(wěn)定性、持續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定性以及機(jī)械完整性方面均有顯著提升。

這項(xiàng)研究為大面積柔性PSCs的規(guī)?；苽涮峁┝私?jīng)濟(jì)高效的解決方案，為推動(dòng)PSCs技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐。

文獻(xiàn)信息

Electron Beam-Processed Nickel Oxide Coupled with a p-Type Small Molecule for Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells

Yanyan Li, Jiafan Zhang, Yang Cao, Nan Yan, Renxuan Wang, Xin Chen, Yifan Wang, Danyang Qi, Haoyi Zhang, Jiacheng Pi, Xingyu Gao, Yucheng Liu, Kui Zhao, Shengzhong (Frank) Liu, Zhimin Fang, Jiangshan Feng

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202521106

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