黄劲松最新Science：强键合的空穴传输层降低了钙钛矿太阳能电池的紫外降解

黄劲松最新Science：强键合的空穴传输层降低了钙钛矿太阳能电池的紫外降解

【导读】

已报道的钙钛矿太阳能电池(PSCs)具有较高的功率转换效率(PCE)和改善的耐久性和可扩展性。一些器件已经达到T90寿命--PCE下降10%的时间--超过10000小时的光照时间，不仅用于小型钙钛矿电池，也用于钙钛矿微型模块。然而，几乎所有的光致稳定性测试都是使用无机发光二极管(LED)作为光源进行的，它们不具有大量的紫外线(UV)成分。没有室外稳定性的证明，显示面积>15 cm²的钙钛矿模块在室外测试10周后仍具有>15%的孔径效率。因此，室内外耐久性测试结果之间存在着巨大的差距，需要进一步提高室外耐久性。虽然可以通过使用紫外滤光层或下转换发光材料来完全或部分阻断紫外光，但它们可能会遭受不稳定问题，包括多年的磨损，或增加成本和牺牲能量产率。

【成果掠影】

今日，美国北卡罗来纳大学教堂山分校黄劲松课题组，报道了p-i-n结构的钙钛矿太阳能电池在未过滤的太阳光和LED下的退化机制。钙钛矿与聚合物空穴传输材料(HTMs)和透明导电氧化物(TCOs)之间的弱化学键合主导了A位阳离子的加速迁移，而不是HTMs的直接降解。EtCz3EPA与强空穴提取聚合物的混合HTM保持了较高的效率，提高了钙钛矿器件的紫外稳定性，并且通过PACT中心独立测量的钙钛矿微模组经过29周的户外测试，保持了>16%的运行效率。相关论文以题为“Strong-bonding hole-transport layers reduce ultraviolet degradation of perovskite solar cells”的论文发表在Science上。

【数据概况】

图1. 钙钛矿在室内和室外条件下的降解© 2024 AAAS

图2. 紫外光诱导钙钛矿降解的机理© 2024 AAAS

图3. 强键合HTMs的分子设计© 2024 AAAS

图4. PSCs的长期稳定性© 2024 AAAS

图5. 钙钛矿微模块的户外测试© 2024 AAAS

【成果启示】

总之，本工作确定了紫外光诱导的钙钛矿降解机制，并表明在器件中引入更强的互连层改善了钙钛矿微模块的户外稳定性。紫外光直接破坏了钙钛矿与衬底的界面，导致空穴提取效率低下，加速了A位阳离子迁移。在埋入界面处引入键合更强的分子，减少了钙钛矿/HTM/ITO区域周围的非晶相，抑制了紫外光下的阳离子迁移。在小面积PSCs中混合HTM Et Cz3EPA/PTAA：BCP，在LED和LEP灯下测得的T90寿命分别提高到~4610和~1780小时。采用混合HTM的冠军微模组在PACT中心独立测量的29周户外测试后保持了>16%的运行效率。

文献链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi4531