北京
华南理工大学严克友等人研究指出，全无机钙钛矿太阳能电池凭借优异的热稳定性，已成为光伏领域的重点研究方向。为进一步提升器件光电性能，氧化锌（ZnO）因兼具高载流子迁移率与无机钙钛矿相匹配的能级结构，被广泛用作电子传输层材料。但CsPbI₂Br薄膜表面存在大量缺陷，易与ZnO发生不良界面反应，严重降低器件光电转换效率，同时制约电池的长期工作稳定性。
针对这一界面瓶颈，该研究引入4‑羟基‑6‑(三氟甲基)嘧啶‑2‑硫醇（HTPT）作为多功能界面修饰剂，实现了双效应协同的一体化界面改性效果。HTPT分子中的硫、氧、氮杂原子可通过多位点配位作用有效钝化钙钛矿表面缺陷，降低界面活性反应位点；三氟甲基（CF₃）的空间位阻效应可有效阻隔钙钛矿与ZnO的直接接触，从源头抑制界面副反应的发生。同时，HTPT可同步调控界面表面能、界面偶极、表面润湿性与疏水性，多重界面效应协同优化界面整体物性，有效抑制界面元素互扩散，缓解界面降解失效问题。此外，该改性策略能够精准调控CsPbI₂Br与ZnO之间的导带偏移，优化能级匹配关系、加速载流子输运，显著提升器件光电性能。基于该改性方案，优化后的p‑i‑n型CsPbI₂Br单结太阳能电池光电转换效率（PCE）可达17.34%，开路电压（Voc）达到1.32V，刷新了目前已报道同结构器件的效率纪录。改性器件兼具优异的热稳定性、湿度稳定性与工作稳定性，85℃高温环境下器件T80寿命为864h，相对湿度30%条件下T90寿命长达1344h，30℃最大功率点跟踪（MPPT）测试中T92稳定寿命可达1000h。在此基础上，研究团队依托优化后的钙钛矿子电池，成功制备p‑i‑n型CsPbI₂Br/PM6:eC9:PC₆₁BM无机‑有机叠层太阳能电池（IOTSC）。
测试结果表明，活性面积0.08cm²的叠层器件最高光电转换效率达24.25%，为当前p‑i‑n型全无机钙钛矿/有机叠层电池的最高效率；将器件活性面积放大至1.02cm²后，仍可维持22.81%的光电转换效率，充分证明该改性策略具备良好的规模化制备与实际应用潜力。稳定性测试结果显示，该叠层电池经85℃热老化576h后，可保留81%的初始效率；持续MPPT工作852h后，仍维持80%的初始效率，长效工作稳定性优异。综上，该HTPT双效应协同界面改性策略，为开发高效、高稳定、可规模化的p‑i‑n型全无机钙钛矿单结电池及叠层太阳能电池提供了可靠的技术路径与重要的研究借鉴。
文献信息
TwoBirdsWithOneStone:ModifierInterfacialEngineeringforHigh-EfficiencyStablep-i-nAll-InorganicPerovskite/OrganicTandemSolarCells
NingLiu,HonggangChen,JianweiChen,KunLi,ShibingZou,QiliangZhu,YongminLuo,JiayingWu,JianhangQiu,RuijiaTang,ZhuojiaLin,KeWang,QiYang,KeyouYan
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.77805
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