西交大董化AFM：面向高效穩(wěn)定大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能組件的界面雜化工程策略

主要內(nèi)容

由西安交通大學(xué)董化教授、吳朝新教授、李璟睿研究員以及廣東工業(yè)大學(xué)丁黎明教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了一項(xiàng)重要研究。該研究表明，自組裝分子（SAMs）在倒置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（p - i - n型PSCs）的空穴傳輸層（HTL）應(yīng)用中**潛力。然而，當(dāng)前SAM薄膜存在覆蓋不全面、均勻性欠佳以及穩(wěn)定性不足等缺陷，這些問(wèn)題嚴(yán)重制約了基于SAM的空穴傳輸層在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。

針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了界面雜化工程（IHE）策略。此策略引入分子抑制劑4,4,4 - 三（膦酰基）三苯甲烷（PA），通過(guò)調(diào)控SAM的自組裝過(guò)程來(lái)優(yōu)化界面特性。具體而言，PA借助空間位阻效應(yīng)和化學(xué)相互作用，有效抑制了2 - （9H - 咔唑 - 9 - 基）乙基膦酸（2PACz）的分子聚集現(xiàn)象，確保了SAM分子能夠均勻分布、有序組裝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)規(guī)模化制備。得益于此，鈣鈦礦與空穴傳輸層之間的界面在能級(jí)匹配、電荷提取效率以及缺陷鈍化效果等方面均得到顯著改善。

在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面，基于PA的小面積器件展現(xiàn)出了**的性能，其**光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）高達(dá)26.55%。而采用PA的大面積組件同樣成績(jī)斐然，分別實(shí)現(xiàn)了22.81%（22.8平方厘米）和20.16%（750.5平方厘米）的效率，這一成績(jī)刷新了可擴(kuò)展鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中單一SAM空穴傳輸層的效率紀(jì)錄。

不僅如此，經(jīng)PA改性的器件在ISOS - D和ISOS - L測(cè)試條件下，展現(xiàn)出了極為出色的運(yùn)行穩(wěn)定性。從作用機(jī)制上看，PA不僅能抑制SAM的聚集，優(yōu)化界面能級(jí)匹配，促進(jìn)電荷傳輸，還能增強(qiáng)界面的光熱穩(wěn)定性，有效防止SAM在熱應(yīng)力下發(fā)生擴(kuò)散，并抑制缺陷的產(chǎn)生。長(zhǎng)期測(cè)試結(jié)果顯示，基于IHE策略的器件在連續(xù)運(yùn)行1000小時(shí)后，仍能保持初始PCE的約93.1%；在85%相對(duì)濕度下進(jìn)行1800小時(shí)的濕度老化測(cè)試時(shí)，其耐久性表現(xiàn)同樣優(yōu)異。

在可擴(kuò)展性驗(yàn)證方面，該策略通過(guò)狹縫涂布和激光劃刻工藝在大面積制造中得到了成功應(yīng)用，充分凸顯了其工業(yè)應(yīng)用潛力。本研究為基于SAM空穴傳輸層的鈣鈦礦組件樹(shù)立了新的性能標(biāo)桿，也為開(kāi)發(fā)可擴(kuò)展且穩(wěn)定的鈣鈦礦光伏技術(shù)提供了**價(jià)值的見(jiàn)解。

文獻(xiàn)信息

Interfacial Hybrid Engineering Strategy for Highly Efficient and Stable Large-Area Perovskite Solar Modules

Hebing Tang, Lin Yang, Peizhou Li, Jingrui Li, Yingguo Yang, Ruoyao Xu, Yulu Sun, Weilun Cai, Jungang Wang, Jie Xu, Chuantian Zuo, Liming Ding, Zhaoxin Wu, Hua Dong

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202516652

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