中科院叶加久&潘旭Energy Environ. Sci：实现认证效率为24.9%的倒置PSCs

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前言回顾

各种类型的HTM，包括PEDOT:PSS、自组装单层（SAM）、无机p型半导体（如镍氧化物）等，都已被开发用于倒置PSCs。其中，PTAA由于具有持久的稳定性，使其在太阳能电池中表现出较高的效率。然而，基于PTAA的倒置PSCs也面临着一些问题，包括界面缺陷、电势损失、导电性不足、电荷载流子选择性接触差等。值得注意的是，电阻损耗与载流子选择性接触和相应界面处的静电电势分布极为相关。然而，异质界面处的静电电势分布尚未得到充分的研究。事实上，这种静电电势分布应该控制载流子的传输和提取，但电势环境的潜在机制尚不清楚。为了充分利用PTAA在商业应用中的潜力，现今需要专注于底部界面，并制定详细的策略来重新分配顶级太阳能电池的局部静电势。

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文献简介

基于此，中国科学院合肥物理科学研究院的叶加久和潘旭等人，提出了一种通过由Ph-CH2N+H3-n（CH3）n铵阳离子组成的界面分子桥进行载流子高架的策略（其中n是取代度）。通过联合理论实验研究，我们证明了最稳定的异质界面是由季铵（QA，n=3）建立的，其中-n+（CH3）3基团优先插入钙钛矿框架中，苯基朝向钙钛矿衬底垂直向下。这种作为载体高架桥的界面分子桥配置实现了定向载体管理，并在异质界面重新分布了均匀的环境。因此，载体高架桥策略增强了电荷载体的提取和传输，无论是平面内还是平面外方向。同时，底部界面分子充当双面分子粘合剂，保持接触堆叠并加强弱界面。该课题组制造的实验室规模的倒置PSC显示出25.45%的冠军效率（认证为24.9%），填充因子超过85.66%，相当于其带隙（Eg=1.54eV）下热力学极限的95%。有效面积为23.25 cm2的相应钙钛矿太阳能模块的效率为20.91%。值得注意的是，即使是未封装的目标PSC，在最大功率点跟踪下，在光浸泡3000小时后也几乎保持其初始效率。

图1.已报道的PSCs和刚性接口结构的概述

图2. 局部静电环境的再分布

图3. 电荷载流子动力学和能量特性

图4. 缺陷和离子迁移特性

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文献总结

总之，该课题组提出了一种利用分子桥结构在倒置PSCs中构建稳定的异质界面作为电荷载体高架桥的方法。具有不同取代度（n）的功能分子使局部电势变平，并产生肖特基无势垒接触，同时还重新分布电荷环境。这种方法促进了平衡电荷载流子传输和减轻了离子迁移，从而开发出效率为25.45%（认证效率为24.9%）和PSM效率为20.91%的高性能PSCs。此外，在MPP跟踪下使目标器件承受3000小时的连续操作应力后，器件几乎保持了其初始效率，这也表现出了此界面分子桥策略的有效性和稳定性。相关研究成果发表于国际知名期刊《Energy & Environmental Science》,题为“Constructing Robust Heterointerface for Carrier Viaduct via Interfacial Molecular Bridge Enables Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cell”。

本文关键词：载流子传输；离子迁移；倒置钙钛矿太阳能电池；转换效率

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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