上交大韓禮元組AEM：協(xié)調(diào)空穴傳輸單層的結(jié)構(gòu)有序性和界面結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高效反式鈣鈦礦太陽能電池

上海交通大學(xué)韓禮元教授與王言博教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)，在自組裝單層（SAM）空穴傳輸材料領(lǐng)域取得了重要突破，這一成果極大地推動了反式鈣鈦礦太陽能電池（PSC）性能的快速提升。然而，在實(shí)現(xiàn)高度有序SAM結(jié)構(gòu)以及與鈣鈦礦層形成強(qiáng)結(jié)合方面，傳統(tǒng)方法面臨諸多挑戰(zhàn)，這不僅導(dǎo)致底部界面缺陷頻發(fā)，還限制了SAM在大面積器件制造中的應(yīng)用。

針對這一難題，韓禮元教授與王言博教授團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新性的解決方案。他們研發(fā)了一種帶有二酰胺端基的功能化共組裝分子，該分子能夠與常用的咔唑基SAM形成超分子相互作用，有效調(diào)節(jié)其結(jié)構(gòu)有序性，并協(xié)同增強(qiáng)與鈣鈦礦Pb-I框架的化學(xué)鍵合。這一發(fā)現(xiàn)為構(gòu)建高效且穩(wěn)定的反式PSC提供了新的可能。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這種目標(biāo)共組裝SAM助力小面積器件取得了經(jīng)認(rèn)證的25.3%的光電轉(zhuǎn)換效率，并且在1.02平方厘米器件中展現(xiàn)出高度可重復(fù)的性能，充分證明了其與大面積制造的良好兼容性。此外，封裝后的器件在85°C下老化1500小時后，仍保持了初始光電轉(zhuǎn)換效率的92.8%；在65°C下進(jìn)行**功率點(diǎn)（MPP）追蹤1500小時后，也保持了初始功率轉(zhuǎn)換效率的91.2%，表現(xiàn)出**的穩(wěn)定性。

具體來說，團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種新型的二酰胺基分子3-UA，該分子與2PACz共組裝，在NiOx上形成了均勻且結(jié)構(gòu)有序的空穴傳輸單層。該分子不僅填補(bǔ)了基底上的未覆蓋位點(diǎn)，增強(qiáng)了與鈣鈦礦的相互作用，形成了致密的空穴選擇性接觸，還通過與基于PACz的自組裝單層形成超分子相互作用，減少了自聚集現(xiàn)象，促進(jìn)了基底上均勻有序組裝結(jié)構(gòu)的形成。這種方法實(shí)現(xiàn)了底部界面的均勻鈍化，有效抑制了缺陷的形成，減少了能量損失，從而使反式鈣鈦礦太陽能電池的功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了25.3%的領(lǐng)先水平。

值得一提的是，這一研究成果不僅提高了器件的大面積制造兼容性和長期穩(wěn)定性，還為構(gòu)建高均勻性、高結(jié)構(gòu)有序性的超薄自組裝單層提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和啟示。這一創(chuàng)新成果有望促進(jìn)基于高效自組裝單層的反式鈣鈦礦光伏器件制造技術(shù)的規(guī)?；蜕虡I(yè)化，為光電子器件領(lǐng)域的發(fā)展注入新的活力。

總之，韓禮元教授與王言博教授團(tuán)隊(duì)的這一研究成果，不僅為反式鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展提供了新的思路和方法，也為其他類型光電子器件的研究提供了有益的借鑒和啟示。

文獻(xiàn)信息：

Synergistic Improvement of Structural Ordering and Interface Binding of Hole Transport Monolayer for Efficient Inverted Perovskite Solar Cells

Ziyang Zhang, Tianhao Wu, Zhenzhen Qin, Mengjiong Chen, Wenxiang Xiang, Zhenhua Chen, Yanbo Wang, Zhanglin Guo, Toshinori Matsushima, Liyuan Han

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202500572

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