Grätzel和Sargent强强联合，钙钛矿再登Nature！
发布时间：2023-11-24来源：
一、【导读】 钙钛矿太阳能电池（PSCs）的认证效率最近达到了26.1%。然而，最高功率转换效率（PCE）的器件在加速老化测试中运行稳定性较差。器件稳定性受限的原因在于空穴传输层中存在移动性和吸湿性的p型掺杂剂，从而破坏了湿度和热稳定性。倒置PSCs利用未掺杂的空穴选择性触点提供了一种解决方案，有望提高运行稳定性。最近的研究表明，倒置PSC的PCE超过了25%。然而，在遵守严格的准稳态（QSS）协议时，其认证效率（约24%）需要进一步提高。为了进一步提高效率，将有效的光管理与低界面损耗相结合至关重要。 二、【成果掠影】 近日，美国西北大学Edward H. Sargent教授联合瑞士洛桑联邦理工学院Michael Grätzel等人将共形自组装单层（SAM）作为光管理织构化基底上的空穴选择性接触。分子动力学模拟表明，膦酸吸附过程中形成的簇会导致SAM覆盖不完全。因此作者开发了一种共吸附策略，它能分解高阶团簇，从而使膦酸分子均匀分布，最大限度地减少界面复合并改善电子结构。所制备的钙钛矿PCE为25.3%，经认证的倒置PSC准稳态PCE为24.8%，光电流接近S-Q最大值的95%。封装器件在室温下的PCE为24.6%，在65℃和50%相对湿度条件下，在1个太阳光照明下跟踪最大功率点超过1000小时后，仍能保持95%的峰值性能。这是加速老化条件下最稳定的PSC之一，其PCE超过了24%。膦酸在织构化基底上的吸附工程为高效、稳定的PSCs提供了一条很有前途的途径。研究成果以题为“Low-loss contacts on textured substrates for inverted perovskite solar cells”发表在知名期刊Nature上。 三、【数据概览】 图1 有/无分子添加剂的膦酸吸附的MD模拟 © 2023 Springer Nature （a）膦酸2PACz和双官能化合物3-MPA的化学结构。 （b）在有/无3-MPA的情况下，在设定的时间段内形成的2PACz簇的总数。 （c）在吸附平衡时形成的2PACz团簇的类型。 （d-e）对照和混合体系的平衡分子表示的俯视图。 （f）展示了3-MPA作为共吸附剂的作用。 图2 FTO基底上形成的自组装单层的均匀性 © 2023 Springer Nature （a）对照和混合样品的P 2p和S 2p XPS光谱。 （b）2PACz和3-MPA透射FTIR光谱，与SAM或3-MPA涂覆的FTO基底的ATR-FTIR光谱进行对比。 （c）对照和混合SAM涂覆的FTO基板的KPFM图像。 （d）夹在MoOx和FTO之间的对照和混合SAM的横截面HAADF-STEM图像。 图3 不同FTO/SAM基底上钙钛矿薄膜的性能 © 2023 Springer Nature （a-b）沉积在对照和混合SAM上的钙钛矿膜的俯视SEM图像。 （c）对照和混合SAM上钙钛矿膜的GIWAXS图像。 （d-e）FTO/对照SAM和FTO/混合SAM基底上的钙钛矿的TOF-SIMS图谱。 （f）FTO（无SAM）、对照和混合SAM上的钙钛矿膜的绝对强度PL光谱。 （g）对照和混合SAM上钙钛矿薄膜的PLQY。 （h）对照和混合SAM上钙钛矿薄膜的UPS和IPES光谱。 （i-j）钙钛矿/对照SAM和钙钛矿/混合SAM双层的能级示意图。 图4 钙钛矿太阳能电池的光伏性能 © 2023 Springer Nature （a）具有纹理FTO衬底的器件架构的示意图。 （b）用于控制和混合SAM器件的太阳能电池参数。 （c）混合SAM器件的EQE和积分Jsc曲线。 （d）在Newport认证的一个代表性混合SAM设备的QSS J-V曲线。 （e）在QSS条件下测量的倒置PSC的认证性能。 （f）在1太阳光照下封装混合SAM器件的MPPT，散热片温度为65℃，相对湿度约为50%。 四、【成果启示】 这项研究开发了一种共形自组装单层（SAM）作为光管理织构化基底上的空穴选择性接触。MD模拟表明膦酸吸附过程中形成的簇会导致SAM覆盖不完全。基于此，研究人员开发了一种共吸附策略，它能分解高阶团簇，从而使膦酸分子均匀分布，最大限度地减少界面复合并改善电子结构。所制备钙钛矿PCE为25.3%，经认证的倒置PSC准稳态PCE为24.8%，光电流接近S-Q最大值的95%。封装器件在室温下的PCE为24.6%，在65℃和50%相对湿度条件下，在1个太阳光照明下跟踪最大功率点超过1000小时后，仍能保持95%的峰值性能，是目前加速老化条件下最稳定的PSC之一，其PCE超过了24%。本研究为高效、稳定的PSCs的开发提供了思路。 原文详情：Low-loss contacts on textured substrates for inverted perovskite solar cells(Nature 2023, DOI: 10.1038/s41586-023-06745-7)
