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研究背景

鈣鈦礦太陽能電池（PVSCs）因其在柔性設備、疊層太陽能電池等領(lǐng)域的廣泛應用前景而備受關(guān)注。與傳統(tǒng)的硅基太陽能電池相比，鈣鈦礦太陽能電池具有更高的功率轉(zhuǎn)換效率、更低的生產(chǎn)成本等顯著優(yōu)點。然而，鈣鈦礦與電子傳輸層（ETLs）之間的界面重組和離子遷移問題仍然是限制其效率和穩(wěn)定性提升的主要因素，這些問題嚴重影響了其在實際應用中的長期耐久性和商業(yè)化進程。

成果簡介

為了解決這一問題，香港城市大學任廣禹院士團隊、Chaowei Zhao以及香港理工大學殷駿教授等人合作在《Science Advances》上發(fā)表題為“Molecularly tailorable metal oxide clusters ensured robust interfacial connection in inverted perovskite solar cells”的最新論文。

該團隊設計并合成了一系列分子可調(diào)的鈦氧化物集群（CTOCs），作為鈣鈦礦與C60電子傳輸層之間的界面層，旨在增強鈣鈦礦與C60之間的相互作用。利用這些精確控制結(jié)構(gòu)的鈦氧化物集群，不僅能夠有效鈍化鈣鈦礦表面的缺陷，還能形成均勻的覆蓋網(wǎng)，固定C60，從而構(gòu)建出一個強健的界面耦合結(jié)構(gòu)。通過這種設計，該團隊成功地提升了鈣鈦礦太陽能電池的性能，獲得了25.6%的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE），并且無需額外的表面鈍化處理。

此外，這些未封裝的器件在光照、熱和偏壓下表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性，在1500小時的最大功率點跟蹤后，仍能保持98%的初始PCE。這些研究成果展示了該集群在提升鈣鈦礦太陽能電池效率和穩(wěn)定性方面的巨大潛力，為開發(fā)高效鈣鈦礦光伏材料和界面層提供了新的思路和解決方案。

研究亮點

1. 實驗首次設計并合成了一系列分子可調(diào)節(jié)的鈦氧集群（CTOCs），并將其用作鈣鈦礦太陽能電池（PVSCs）的界面層，得到了具有精確結(jié)構(gòu)控制、良好載流子遷移率和可調(diào)功能的集群材料。

2. 實驗通過將這些集群應用于鈣鈦礦和C60電子傳輸層（ETL）之間的界面，成功實現(xiàn)了表面缺陷的鈍化，并形成了均勻的覆蓋層，增強了鈣鈦礦與C60之間的相互耦合。結(jié)果表明，CTOC集群能夠有效地減少界面重組和離子遷移問題。

3. 在反向結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽能電池中，采用該集群的器件達到25.6%的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE），無需額外的表面鈍化處理。同時，未封裝的設備在光照、熱和偏壓條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，1500小時最大功率點跟蹤后仍保持98%的初始PCE。

圖文導讀

圖1. 集群的晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。

圖2. 集群、鈣鈦礦和C60之間的相互作用。

圖3. 設備性能。

圖4. 穩(wěn)定性評估。

總結(jié)展望

本文的研究通過精細的器件制備和深入的表征方法，揭示了有機-無機雜化鈣鈦礦材料在光電領(lǐng)域中的潛力，尤其是在光伏器件中的應用。通過多步驟的洗滌、涂布和退火處理，成功制備了高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜，優(yōu)化了其光電性能。此外，研究還通過高精度的表征技術(shù)，如XPS、XRD、AFM和電子顯微鏡等，系統(tǒng)地分析了材料的結(jié)晶結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)及電荷傳輸特性。這些結(jié)果表明，精確控制鈣鈦礦薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和界面特性，對提高光伏器件的性能具有至關(guān)重要的作用。更為重要的是，本文提出的利用分子簇修飾鈣鈦礦薄膜的方法為改善材料穩(wěn)定性和提高器件效率提供了新的思路。同時，通過理論計算與實驗數(shù)據(jù)的結(jié)合，進一步探索了材料與界面之間的相互作用機制，為未來高效光伏材料的設計和優(yōu)化提供了有力的理論支持。

文獻信息

Fengzhu Li et al. ,Molecularly tailorable metal oxide clusters ensured robust interfacial connection in inverted perovskite solar cells.Sci. Adv.10,eadq1150(2024).

原創(chuàng)文章，作者：zhan1，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/12/20/987cfb6950/

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