北边科小大&港乡小大 AFM：基于无异化剂的有机

发布时间：2025-05-17 10:03:59 来源： 作者：秘密花园

【布景介绍】

正在过去多少年里，北边钙钛矿太阳能电池（PSCs）由于其快捷去世少的大港大太阳能转换效力（PCE）从3.8％后退到25.2％。可是基于机，惟独经由历程操做有机质料（Spiro-OMeTAD）或者基于散开物的无异PTAA做为空穴传输层（HTLs），才气正在老例挨算（n-i-p）中真现PSCs的化剂突破性功能。那些有机HTLs的北边下老本战低晃动性妨碍了PSCs的商业化。因此，大港大斥天新型的基于机无异化剂、低老本的无异HTLs是增强PSCs晃动性战下诞去世躲世产老本的实用策略。尽管小大量深入钻研了有机或者有机HTLs，化剂但它们皆存正在不开的北边问题下场。此外，大港大古晨仅有很少报道经由历程操做繁多的基于机共轭散开物质料做为HTLs去患上到劣秀的功能。因此，无异一种更实用的化剂策略是散漫有机HTLs（下空穴迁移率）战共轭散开物（劣秀的成膜性）的下风去构建有机-有机单HTLs。可是，正在制制有机-有机单HTLs的历程中需供处置如下多少个问题下场，才气患上到PSCs的最佳功能：（1）为了下诞去世躲世产老本，需供经由历程简朴的溶液可减工格式群散有机HTL；（2）应将共轭散开物溶于有机HTL的正交溶剂中，以停止誉坏有机HTL；（3）有机HTL战共轭散开物的能级应立室，以改擅PSCs中的空穴传输

【功能简介】

基于此，北边科技小大教的缓保仄易远教授战喷香香港皆市小大教的Alex K. Y. Jen教授（配激进讯做者）团队散漫报道了一种经由历程正在CuSCN战Au界里层之间引进具备上情景晃动性、空穴迁移率、立室能级战正在非极性溶剂中具备下消融度的超薄散开物层两噻吩-苯（DTB）去构建有机-有机（CuSCN/DTB）单HTLs。该策略不但经由历程组成级联能级后退了电荷传输效力，而且借停止了由于CuSCN与Au电极之间的反映反映而导致的CuSCN降解。同时，CuSCN层也增长了CuSCN/DTB挨算中组成无针孔且致稀的DTB层，使患上用CuSCN/DTB层制制的PSCs抵达了22.0％（认证效力：21.7％）的功率转换效力，那是基于无异化HTLs的PSCs最下效力之一。此外，基于单HTLs的PSC器件正在60％以上的相对于干度（RH）下不启拆，正在60 d后贯勾通接其初初效力的95％以上，而且正在100 mW cm^-2的连绝映射下工做1000 h后仍可能贯勾通接其初初效力的95％。同样，基于CuSCN/DTB单HTLs的PSCs保存了90％的初初效力，并正在85oC的温度下减热100 h后具备卓越的热晃动性。鉴于经由历程有机-有机单HTLs赫然赫然后退的功能也普遍开用于此外基于HTLs的PSCs，故而那类格式将为设念下晃动性战低老本的HTL背PSCs的真践操做提供一个新标的目的。钻研功能以题为“Highly Stable and Efficient Perovskite Solar Cells with 22.0% Efficiency Based on Inorganic-Organic Dopant-Free Double Hole Transporting Layers”宣告正在国内驰誉期刊Adv. Funct. Mater.上。本文第一做者是北边科技小大教钻研去世：刘畅。

【图文解读】

图一、有机-有机单层PSC的拆配战能级示诡计
（a）有机-有机单层PSC拆配的示诡计。

（b）基于CuSCN/DTB单HTL的PSC的能级图。

图二、CuSCN战CuSCN/DTB单层的概况形貌表征
（a-c）ITO/SnO₂/钙钛矿/CuSCN、ITO/SnO₂/钙钛矿/DTB战ITO/SnO₂/钙钛矿/CuSCN/DTB的AFM图像；

（d-f）ITO/SnO₂/钙钛矿/CuSCN、ITO/SnO₂/钙钛矿/DTB战ITO/SnO₂/钙钛矿/CuSCN/DTB的SEM图像。

图三、基于CuSCN/DTB的PSC的挨算与功能
（a）基于CuSCN/DTB的器件的截里SEM图像；

（b）CuSCN/DTB器件的电流稀度-电压（J-V）直线；

（c）PSC器件的吸应EQEs。

（d）晃动功率输入战稳态电流测试（时候：180 s）。

图四、商讨CuSCN战DTB层对于PSCs功能的影响
（a-b）石英/钙钛矿、石英/钙钛矿/CuSCN、石英/钙钛矿/DTB战石英/钙钛矿/CuSCN/DTB的PL战TRPL；

（c）基于CuSCN、DTB战CuSCN/DTB的PSCs的电化教阻抗谱；

（d）VOC对于CuSCN器件、DTB器件战CuSCN/DTB器件的光强度依靠性。

图五、不开条件下的PSCs的光/热晃动性
（a）正在情景条件下（RH>60％）妨碍晃动性丈量；

（b）正在氮空气围下，存储的PSC器件的光照晃动性；

（c）正在85^oC下的热晃动性测试。

【小结】

综上所述，钻研职员正在CuSCN战Au电极之间群散了一层薄且仄均的DTB层，以构建有机-有机（CuSCN/DTB）单HTLs。其中，立室的能级战改擅的概况形态可能实用增强PSCs中空穴的提与战传输。基于CuSCN/DBT的PSCs的PCE抵达了22.0％（认证效力：21.7％），概况是基于HTL的不露异化剂的PSCs中创记实的PCE。此外，减进DTB可能实用天抑制CuSCN的降解，有助于进一步扩大PSCs的晃动性。基于CuSCN/DTB的PSCs可能正在延绝的齐阳光映射1000 h后，依然贯勾通接>95％的初初效力。正在较下的相对于干度战较下的热应力下，基于CuSCN/DTB的PSC器件均具备卓越的晃动性。总之，该工做为钙钛矿型太阳能电池的小大规模斲丧提供了设念低老本战下晃动性HTLs的交流格式。

文献链接：Highly Stable and Efficient Perovskite Solar Cells with 22.0% Efficiency Based on Inorganic-Organic Dopant-Free Double Hole Transporting Layers（Adv. Funct. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adfm.201908462）

通讯做者简介

缓保仄易远讲席教授：1986年获浑华小大教质料科教教士教位；1991年获中国科教院上海硅酸盐钻研所质料科教专士教位；1994-1996年正在好国宾州州坐小大教质料钻研所专士落伍建，之后任质料钻研所钻研助理教授。2000年11月至2014年7月正在好国施乐公司PARC钻研中间 (Xerox Palo Alto Research Center) 启当初级钻研员，名目司理。现为北边科技小大教质料科教与工程系讲席教授。缓保仄易远教授具备残缺的正在好国顶尖小大教战国内一流财富钻研中间的收导战操持履历，并起劲于有财富化远景的底子钻研。他已经宣告论文60余篇，获授权好国收现专利31项，其中23项专利为第一或者仅有收现人，3项专利被施乐公司付与最佳专利奖，借启当APL、 JAP、 IEEE-UFFC、JACerS等国内驰誉杂志的经暂审稿人。

本文由CQR编译。

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