張春福&劉生忠ACS：PCE25.13%！協(xié)同分子修飾氧化鎳基高性能倒置鈣鈦礦太陽能電池

發(fā)表時(shí)間：2025-12-12 10:14

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主要內(nèi)容

氧化鎳（NiOx）因具備優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性與簡(jiǎn)易的溶液可加工性，成為倒置鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的首選空穴傳輸層（HTL）。然而，采用純相氧化鎳薄膜的鈣鈦礦電池，其器件性能始終難以突破瓶頸，這主要受制于氧化鎳本征的缺陷堆積問題與不良的界面接觸特性。

針對(duì)這一問題，西安電子科技大學(xué)張春福、朱衛(wèi)東與中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所劉生忠，陜西師范大學(xué)牛天啟等人提出一種協(xié)同分子調(diào)控策略，通過引入經(jīng)溴化苯銨（PABr）改性的自組裝分子（SAM）中間層，實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化鎳電子特性的精準(zhǔn)調(diào)控與表面分子排布的優(yōu)化。其中，自組裝分子可有效鈍化氧化鎳薄膜的表面缺陷，通過構(gòu)建界面偶極子調(diào)控能帶能級(jí)；PABr則能進(jìn)一步增強(qiáng)自組裝分子在埋底界面的化學(xué)錨定作用，同時(shí)改善空穴傳輸層的表面浸潤(rùn)性。

基于該優(yōu)化界面沉積的鈣鈦礦薄膜，結(jié)晶質(zhì)量顯著提升，晶粒尺寸增大、取向更為規(guī)整且缺陷密度降低。這使得器件具備匹配度優(yōu)異的能級(jí)結(jié)構(gòu)、更低的界面缺陷密度與更緊密的界面接觸，進(jìn)而促進(jìn)電荷的高效傳輸與提取，大幅緩解器件內(nèi)部及陽極界面處的非輻射復(fù)合損耗。

性能測(cè)試結(jié)果顯示，優(yōu)化后的鈣鈦礦太陽能電池**光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)25.13%，顯著優(yōu)于純氧化鎳基器件的23.28%；在持續(xù)濕度與高溫存儲(chǔ)測(cè)試中，器件分別經(jīng)過1200 h與672 h老化后，仍可保持初始效率的93%與90%，穩(wěn)定性表現(xiàn)優(yōu)異。此外，該分子修飾策略成功應(yīng)用于柔性器件制備，所制備的107.0 cm2柔性電池組件光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)16.24%，驗(yàn)證了所提方法良好的兼容性與規(guī)?；瘧?yīng)用潛力。

本研究闡明，實(shí)現(xiàn)自組裝分子在埋底界面的有序排布并進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，對(duì)于推動(dòng)鈣鈦礦太陽能電池的規(guī)?；苽渑c高效化發(fā)展具有重要意義。