AEM: 低无序空穴传输层开启高效、可扩展全真空钙钛矿太阳能电池新时代

文章总结

研究背景：PSCs 作为新一代光伏技术备受关注，p-i-n 结构的 PSCs 在商业应用上有优势。当前广泛使用的 PTAA 存在能量无序大、π-π 相互作用弱等问题，开发无掺杂、高性能且稳定的 HTM 以及 PSCs 的放大策略至关重要。真空沉积技术在制备大面积薄膜方面有优势，利于 PSCs 的规模化生产。

实验内容

制备 TAA - 四聚体：通过 Buchwald-Hartwig 交叉偶联反应、单溴化、钯催化硼化和 Suzuki-Miyaura 交叉偶联反应等一系列步骤合成 TAA - 四聚体，经 NMR 光谱和 HR-MS 确认结构，TGA 和 DSC 测试表明其热稳定性适合真空沉积。

表征 HTL 特性：XRD 和 GIWAXS 显示 TAA - 四聚体分子间 π-π 相互作用强、结晶度高且取向有序。UPS、UV-vis 吸收光谱等测试表明，其 HOMO 能级更接近钙钛矿价带最大值，能带隙更大，Urbach 能量更低，准费米能级分裂（QFLS）更高，能促进空穴提取。

制备并测试 PSCs 性能：制备结构为 ITO/HTL/MAPbI₃/C₆₀/BCP/Ag 的倒置 PSCs，TAA - 四聚体为 HTL 的 PSCs 性能优于 PTAA 为 HTL 的 PSCs，填充因子（FF）和开路电压（VOC）更高，且在不同钙钛矿组成下均表现良好。研究还通过多种手段对载流子动力学进行研究，进一步解释性能提升原因。

评估大面积 PSCs 和模块性能及稳定性：用 TAA - 四聚体和 PTAA 分别制备大面积（1 和 25 cm²）PSCs 及 9 和 25 cm² 的 PSC 模块，TAA - 四聚体的器件在面积放大时效率损失小。同时，TAA - 四聚体为 HTL 的 PSCs 在湿度、热和光稳定性方面表现更优。

研究结论：TAA - 四聚体作为 HTL 能增强分子间相互作用、降低能量无序，实现高效、稳定的全真空处理 PSCs，其 PCE 达 23.2% 。通过全真空工艺成功制备大面积单电池和模块，大面积单电池（25 cm²）PCE 高达 12.3%，为高效钙钛矿基串联太阳能电池的开发提供了可能。

图文简介

空穴传输材料（HTMs）的晶体学表征

不同空穴传输层（HTLs）的钙钛矿太阳能电池（PSCs）的器件性能

不同空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的稳定性

论文信息

通讯作者： Jianfeng Lu, Changduk Yang, Hyesung Park