【导读】

p-i-n型钙钛矿太阳能电池（PSCs）比n-i-p型对应物具有制造简单、更适合电荷提取层和低温加工等优点。与传统的聚合物和金属氧化物空穴传输材料相比，自组装单层（SAM）可以提高p-i-n PSCs的性能，然而基于SAM的PSCs具有较差的热稳定性。目前基于SAM的PSCs的大多数研究都报告了其在室温下的工作稳定性，或通过稳定钙钛矿表面和本体来增强器件在热应力下的耐久性，但很少讨论SAM形成分子在高温（>65°C）下的降解效应。

【成果掠影】

基于此，香港城市大学朱宗龙教授、华中科技大学李忠安教授等人联合报道了一种由氧化镍（NiOx）纳米颗粒膜和表面锚定的（4-（3,11-二甲氧基-7H-二苯并[c，g]咔唑-7-基）丁基）膦酸（MeO-4PADBC）SAM组成的热稳定性空穴选择层（HSL），该层可以改善和稳定NiOx/钙钛矿界面。NiOx/MeO-4PADBC与钙钛矿之间的高能排列以及良好的接触和结合降低了具有各种钙钛矿成分的PSCs的电压缺陷，并在热应力下产生了较强的界面增韧效应。由此产生的1.53电子伏p-i-n PSCs实现了25.6%的功率转换效率，并且在65℃下运行1200小时后，电池保持了超过90%的初始效率。该论文以题为“Stabilized hole-selective layer for high-performance inverted p-i-n perovskite solar cells”发表在知名期刊Science上。

【数据概览】

图1、HSLs的分子结构和性能 © 2023 AAAS

图2、不同HSLs组装的PSC的光伏性能 © 2023 AAAS

图3、PSCs降解机理分析 © 2023 AAAS

图4、PSCs在不同温度下的长期稳定性评估 © 2023 AAAS

【成果启示】

研究人员开发了一种高效且稳定的HSL，其热稳定性大大提高，用于含有倒置p-i-n PSCs的高效SAM。MeO-4PADBC的合理分子结构设计和深入分析表明，最佳的偶极矩和与钙钛矿的良好接触是实现理想能量排列和快速空穴提取以提高器件效率和稳定性的关键。此外，MeO-4PADBC-SAM分子在NiOx膜上的锚定可以与NiOx形成更强的三齿键，这有效地降低了电压损失，并在热应力下进一步保持了强大的固定效果。本研究为设计高效稳定的HSL提供了理论指导，并为容易获得商业上可用的倒置p-i-n PSCs奠定了基础。

文献链接：Stabilized hole-selective layer for high-performance inverted p-i-n perovskite solar cells (Science 2023, 382, 284-289)