戚亞冰NC:20.95%認(rèn)證PCE!協(xié)同多功能胺鹽實(shí)現(xiàn)光加速spiro-OMeTAD氧化和鈣鈦礦組件工程新突破

主要內(nèi)容

2,2’,7,7 - 四 [N,N - 二 (4 - 甲氧基苯基) 胺]-9,9’- 螺二芴（spiro-OMeTAD）仍是高效 n-i-p 型鈣鈦礦光伏器件中應(yīng)用最廣泛的空穴傳輸層（HTL）材料。然而，傳統(tǒng)配方（即采用雙 (三氟甲烷磺酰) 亞胺鋰（LiTFSI）與 4 - 叔丁基吡啶（tBP）摻雜的 spiro-OMeTAD）存在器件運(yùn)行穩(wěn)定性不佳的關(guān)鍵瓶頸。對(duì)此，上海交通大學(xué)戚亞冰研究員、合肥工業(yè)大學(xué)童國(guó)慶教授與沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué) Luis K. Ono 博士等人牽頭的跨機(jī)構(gòu)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了一種基于三氟甲磺酰亞胺（TFSI）鹽獨(dú)特預(yù)摻雜策略的整體解決方案，通過螺二芴類空穴傳輸層（spiro-HTL）中的光氧化摻雜處理（LODT）實(shí)現(xiàn)，可有效避免空氣后氧化過程 。

團(tuán)隊(duì)采用四氫呋喃（THF）調(diào)控體系，以三氟甲磺酰亞胺銨（NH?TFSI）與三氟甲磺酰亞胺辛胺（OATFSI）復(fù)配體系替代傳統(tǒng) LiTFSI，并顯著減少 tBP 的用量，通過紫外光激活成功實(shí)現(xiàn)了高效質(zhì)子介導(dǎo)摻雜。在系統(tǒng)闡明 TFSI 鹽中陰離子與陽離子的協(xié)同作用機(jī)制后，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將三氟甲磺酰亞胺鉀（KTFSI）作為功能添加劑引入鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，同時(shí)利用 OATFSI 對(duì)鈣鈦礦表面進(jìn)行精準(zhǔn)鈍化處理，最終構(gòu)建出穩(wěn)定的 TFSI 鈍化鈣鈦礦表面，同步優(yōu)化了器件的能級(jí)匹配。采用該協(xié)同策略的器件不僅滯后效應(yīng)顯著降低，運(yùn)行穩(wěn)定性更實(shí)現(xiàn)跨越式提升 —— 經(jīng)權(quán)威認(rèn)證，有效面積 12.83 cm2 的鈣鈦礦太陽能組件（PSMs）光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）達(dá) 20.95%，躋身基于無鋰 spiro-OMeTAD 空穴傳輸層的**組件行列；未封裝的鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）在連續(xù)運(yùn)行 700 小時(shí)后，性能僅輕微衰減，仍保持初始效率的 93%，展現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)期服役潛力。

該協(xié)同整體策略借助多功能 TFSI 基添加劑體系，既突破了傳統(tǒng) spiro-OMeTAD 基器件穩(wěn)定性差的行業(yè)痛點(diǎn)，又展現(xiàn)出與大面積組件制備工藝的良好兼容性。更為重要的是，戚亞冰、童國(guó)慶、Luis K. Ono 聯(lián)合團(tuán)隊(duì)通過這項(xiàng)研究，為 n-i-p 型鈣鈦礦光伏器件中 TFSI 基添加劑的多功能應(yīng)用提供了獨(dú)特學(xué)術(shù)視角，系統(tǒng)闡明了其通過光摻雜優(yōu)化 spiro-HTL 導(dǎo)電性、調(diào)控鈣鈦礦界面作用的核心機(jī)理。此外，從產(chǎn)業(yè)化制備的成本分析與工藝兼容性角度來看，該策略具備明確的實(shí)際技術(shù)應(yīng)用價(jià)值，為鈣鈦礦光伏技術(shù)的規(guī)模化落地提供了重要支撐。

文獻(xiàn)信息

Synergistic versatile bistriflimide salts in light-accelerated spiro-OMeTAD oxidation and perovskite module photovoltaics engineering

Jiahao Zhang, Xiaomin Liu, Haifei Wang, Penghui Ji, Shuai Yuan, Hengyuan Wang, Ting Guo, Silvia Mariotti, Ilhem Nadia Rabehi, Xiaomin Huo, Tianhao Wu, Congyang Zhang, Chenfeng Ding, Liliia Moshniaha, Kirill Mitrofanov, Dominik Madea, Ryota Kabe, Dandan Song, Zheng Xu, Zhuangzhi Wu, Yun Li, Yixin Zhao, Tongle Bu, Guoqing Tong, Luis K. Ono & Yabing Qi

https://www.nature.com/articles/s41467-025-66752-2

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