中國的一個(ge)研究團隊使用共吸(xi)附方法(fa)在空穴傳輸(shu)層摻入(ru)自組裝(zhuang)單層，從而提高(gao)了(le)倒置鈣鈦礦電池的效率和穩(wen)定性。

研究中(zhong)使用的空氣(qi)中(zhong)刮刀涂布器件示意圖

中國研(yan)究人員成功(gong)研(yan)制出一種基(ji)于空穴(xue)傳輸層(HTL)且帶有自組裝單層(SAMs)的(de)倒置(zhi)鈣鈦礦太陽能電(dian)池，該(gai)電(dian)池旨在(zai)削(xue)減鈍化缺陷(xian)并提升效(xiao)率。

倒(dao)置鈣(gai)鈦礦(kuang)電(dian)池呈現出 “p - i - n” 的(de)器件結(jie)構(gou)(gou)，其空(kong)穴選(xuan)擇性接觸(chu)的(de) p 層(ceng)(ceng)(ceng)處(chu)于本(ben)征鈣(gai)鈦礦(kuang)層(ceng)(ceng)(ceng) i 的(de)底(di)部，而電(dian)子(zi)傳(chuan)遞層(ceng)(ceng)(ceng)的(de) n 層(ceng)(ceng)(ceng)則位于鈣(gai)鈦礦(kuang)層(ceng)(ceng)(ceng)上方。傳(chuan)統的(de)鹵化物鈣(gai)鈦礦(kuang)電(dian)池結(jie)構(gou)(gou)相同，不(bu)過順序相反，是(shi) “n - i - p” 布局(ju)。在 “n - i - p” 結(jie)構(gou)(gou)里(li)，太陽(yang)能電(dian)池由(you)電(dian)子(zi)傳(chuan)輸(shu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ETL)一側接受照(zhao)(zhao)射;而在 “p - i - n” 結(jie)構(gou)(gou)中(zhong)，則是(shi)通(tong)過 HTL 表面進行(xing)照(zhao)(zhao)射。

研究(jiu)小組使用(yong)由(you)2-氯-5-(三氟(fu)甲基)異(yi)煙酸制成的(de)SAM，稱(cheng)為(wei)PyCA-3F，而HTL則由(you) [2-(9H-咔唑-9-基)乙(yi)基]膦(lin)酸(2PACz)制成。SAM應用(yong)采(cai)用(yong)共吸附方(fang)法(CA)。它包括(kuo)在有(you)和沒有(you)PyCA-3F的(de)2PACz襯底上生長鈣鈦礦薄膜。

該電池由氧化銦錫(ITO)、2PACz HTL、鈣鈦礦吸收層、富(fu)勒烯(C60)電子傳輸層 (ETL)、浴銅(tong)靈(ling)(BCP)緩沖(chong)層和(he)銅(tong)金屬電極構成。

在(zai)標(biao)準光照條(tiao)件下(xia)進行測試，該器(qi)件實現(xian)了(le)24.68%的(de)(de)“認證(zheng)(zheng)”效(xiao)率(lv)，而參(can)比器(qi)件的(de)(de)效(xiao)率(lv)為23.3%。科學(xue)家們(men)沒有透露認證(zheng)(zheng)該結(jie)果的(de)(de)第三(san)方實體的(de)(de)名字。

該小組假設PyCA-3F的存在(zai)在(zai)埋(mai)藏界面(mian)處“減少物(wu)理納米(mi)空隙的發生”中(zhong)(zhong)起著(zhu)關(guan)鍵(jian)作用(yong)。“這種(zhong)顯著(zhu)的增加是一項(xiang)戰略優勢，有(you)助于有(you)效減少埋(mai)地(di)界面(mian)的缺陷和非輻(fu)射中(zhong)(zhong)心，”文章指出(chu)說(shuo)。

發現該(gai)方法有效(xiao)地減少(shao)了(le)2PACz的(de)(de)聚集，同時增(zeng)(zeng)強了(le)表面光滑度(du)并增(zeng)(zeng)加了(le)改性SAM層的(de)(de)功函數，研(yan)究人(ren)員表示，這為鈣(gai)鈦礦提供(gong)了(le)平坦的(de)(de)埋(mai)藏界面和有利的(de)(de)異(yi)質界面。

為(wei)了(le)在其他太(tai)陽(yang)(yang)能電池技(ji)術上測試所(suo)提出(chu)的方(fang)法(fa)，科學家們還制(zhi)(zhi)造了(le)基(ji)于(yu)2PACz/PYCA-3F 的有機太(tai)陽(yang)(yang)能電池(OSC)。他們使用在空氣(qi)中刀(dao)片涂布方(fang)法(fa)制(zhi)(zhi)造p-i-n結構化OSC器(qi)件。所(suo)得(de)器(qi)件的效率從17.71%到19.51% 等(deng)。性能最好(hao)的OSC基(ji)于(yu)PM1：PTQ10：m-BTP-PhC6。

研究人員指出，OSC樣品實現了由共吸附策略和新型小分子酸SAM鑄造的(de)(de)(de)“空氣中(zhong)刀片涂布的(de)(de)(de)最(zui)佳結(jie)果之一(yi)”。他們還指出，該(gai)方(fang)法提高了鈣(gai)鈦礦和OSC器件的(de)(de)(de)穩(wen)定性。“經過 1000 小時的(de)(de)(de)最(zui)大功(gong)率點(dian)跟蹤(zong)后，封裝的(de)(de)(de)PSCs和OSCs分別(bie)保留了大約(yue)90%和80%的(de)(de)(de)初始(shi)效率，”該(gai)團隊表示，并補充說，最(zui)大功(gong)率點(dian)跟蹤(zong)結(jie)果表明(ming)的(de)(de)(de)操作穩(wen)定性強(qiang)化了PSC和OSC技(ji)術的(de)(de)(de)共吸附方(fang)法的(de)(de)(de)“優越性”。

“總之，我們(men)的(de)(de)(de)工作提出了一種簡單、合理和有效(xiao)的(de)(de)(de)共吸(xi)附策略，以提高基(ji)于(yu)SAM的(de)(de)(de)器(qi)件的(de)(de)(de)性能，從而(er)在基(ji)于(yu)p-i-n器(qi)件結構的(de)(de)(de)PSC和OSC方面(mian)實現效(xiao)率突破(po)，同時增(zeng)強了操作穩定性，”該研究(jiu)小組說(shuo)。

這(zhe)項研究最近發(fa)表在《自然通(tong)訊》上的論文(wen)“Co-adsorbed self-assembled monolayer enables high-performance perovskite and organic solar cells,”中。研究團隊包括來自中國南(nan)方科技大(da)學(xue)、香港理工大(da)學(xue)(Hong Kong Polytechnic University)和香港中文(wen)大(da)學(xue)(中大(da))(Chinese University of Hong Kong (CUHK))的科學(xue)家。