华中科技大学李鑫&杨君友AFM：1-己基咪唑强化掺杂Spiro-OMeTAD以实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池

n-i-p型钙钛矿太阳能电池的稳定性受限于Spiro-OMeTAD空穴传输层（HTL），其依赖LiTFSI掺杂提升电导率，并需添加tBP以溶解LiTFSI。然而，tBP的挥发性导致其长期Li⁺螯合能力不足，引发Li⁺聚集并形成亲水性孔洞，加速水分侵入和钙钛矿降解。

为解决这一问题，本研究华中科技大学李鑫和杨君友等人开发了一种新型离子螯合剂1-己基咪唑（HD）作为tBP替代物。HD具有更高的偶极矩（4.50 D vs tBP的2.87 D）和更强的Li⁺螯合能力，可持久协调Li⁺，抑制离子迁移、聚集和孔洞形成。HD修饰的HTL表现出更优的形貌均匀性、致密性及与钙钛矿层和对电极的界面兼容性。此外，优化的能级排列提升了开路电压。基于HD调控的CsFAMA和FA钙钛矿器件分别实现了23.21%和26.04%的光电转换效率（后者为Spiro-OMeTAD基器件掺杂工程的最高记录），并在1 cm²活性面积器件中达到23.62%的效率。

值得注意的是，优化后的器件在低湿度（<10% RH）、高温（85°C）和持续光照（AM 1.5G）条件下表现出卓越的稳定性，具备商业化潜力。

文章亮点

1. 新型螯合剂HD替代挥发性tBP：HD凭借更高偶极矩和强Li⁺螯合能力，有效抑制Li⁺迁移与聚集，阻断水分侵入路径，显著提升器件稳定性。

2. 能级优化与界面增强：HD降低Spiro-OMeTAD的价带顶，优化与钙钛矿的能级对齐，同时提升HTL致密性和界面接触，减少非辐射复合，提高开路电压和填充因子。

3. 高效与高稳定性兼得：CsFAMA和FA基器件效率分别达23.21%和26.04%，未封装器件在低湿（2500小时保持92%）、高温（85°C下500小时保持90%）和光照条件下均表现优异，突破Spiro-OMeTAD基器件性能瓶颈。

B. Xiao, W. Zhang, Y. Xiong, et al. “ Strengthening Doped Spiro-OMeTAD With Organic Synthesis Intermediates (1-Hexylimidazole) Toward Efficient and Stable Perovskite Solar Cells.” Adv. Funct. Mater. (2025): e15872.

https://doi.org/10.1002/adfm.202515872

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