华理首篇《Science》: 25.4%刷新钙钛矿效率纪录!

来源：KE科日光伏网时间：2023-08-11 05:59:28

(资料图)

在光伏行业对“降本增效”的追求下，钙钛矿这一崛起的光伏新势力受到前所未有的关注。协鑫、纤纳、极电、仁烁、无限、大正、万度、光晶等光伏企业均在钙钛矿领域完成多轮融资。目前，钙钛矿最受关注的两大突破方向：一是效率，二是稳定性。

华东理工大学吴永真教授、朱为宏教授、德国波茨坦大学Martin Stolterfoht教授、吉林大学张立军教授和华中科技大学陈炜教授等人联合研究了一种具有亲水性氰基乙烯基膦酸(CPA)锚定基团和疏水性芳基胺基空穴提取基团(MPA-CPA)的两亲性分子空穴转运体，通过润湿和钝化增强钙钛矿沉积，最大限度地减少了埋藏的界面缺陷。这项钙钛矿太阳能电池有机空穴传输材料领域的新成果，使得太阳能电池的功率转换效率达到25.4%，创造了世界纪录。

实验结果显示，所得钙钛矿薄膜的PLQY为17%，Shockley-Read-Hall寿命接近7微秒，并在1.21V的VOC和84.7%的FF下实现了25.4%的认证功率转换效率（PCE）。此外，1 cm2和10 cm2微型模块的PCE分别为23.4%和22.0%。更加重要的是，封装组件在操作和湿热测试条件下均表现出高稳定性。

论文的第一作者之一叶方圆在接受采访时称，钙钛矿电池所谓的发电效率高，很大程度还停留在理论上。当前钙钛矿电池的实际发电效率其实还没有达到传统光伏硅片的水平，他们想要做的事，就是让这个效率再高一点。

钙钛矿电池的结构像是一个三明治，以反型平面钙钛矿电池为例,自下往上依次为：玻璃、透明电极（FTO或ITO）、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、金属电极。钙钛矿材料的两边分别覆盖着电子传输材料和空穴传输材料。所谓空穴传输材料是一种有机半导体材料，在电场作用下可以实现载流子定向有序的可控迁移，从而达到传输电荷的作用。

但传统的空穴传输材料要么过于疏水，无法润湿钙钛矿前体，要么会与钙钛矿发生反应，从而导致层与层之间的掩埋界面产生限制性能的缺陷。

在这项研究中，团队创新性地引入氰基膦酸单元，发展出双亲性小分子空穴传输材料，通过动态自组装构筑有序、超薄、表面超浸润层，“一石二鸟”地解决了器件应用中载流子输运和界面缺陷控制两大难题。

研究解决了如何通过开发两亲性分子空穴传输体来控制倒置PSCs的隐埋界面处的缺陷这一问题。MPA-CPA分子不仅在ITO衬底上形成了高效的空穴选择性SAM，而且还通过提供超润湿底层增强了钙钛矿沉积。

由于氰基和膦酸基团与铅离子的协同配位作用，设计的CPA基团表现出改善的亲水性和缺陷钝化能力。同时，两亲性衬底设计策略对于其他基于钙钛矿的光电器件具有普适性。未来的研究将集中在管理钙钛矿-ETL界面处的非辐射复合和能量排列，以进一步提升MPA-CPA/钙钛矿的效率。相关研究成果以“Minimizing buried interfacial defects for efficient inverted perovskite solar cells”为题发表在期刊Science上。

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