科學(xué)家采用新自組裝單分子空穴提取層 有效提高太陽(yáng)能電池效率和穩(wěn)定性
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】分子自組裝一般是指如分子在不受人類外力之介入下，自行聚集、組織成規(guī)則結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，如分子的結(jié)晶即是一種自組裝現(xiàn)象。自組裝程序的發(fā)生通常會(huì)將系統(tǒng)從一個(gè)無(wú)序(disordered)的狀態(tài)轉(zhuǎn)化成一個(gè)有序(ordered)的狀態(tài)，運(yùn)用各種分子之自組裝亦是建構(gòu)納米材料非常重要的方法，這種所謂由下而上(bottom-up)的方法目前被廣泛應(yīng)用來(lái)制備具光、電、磁、感測(cè)、與催化功能的納米材料。
自組裝單分子層(SAM)是一種由具有活性基團(tuán)的分子在固體表面自發(fā)地組裝形成的有序單分子層。自組裝單分子層如今被廣泛應(yīng)用于電子學(xué)器件/光電器件的界面修飾。2022年5月12日，香港城市大學(xué)Alex K.-Y. Jen(任廣禹)教授在清華大學(xué)主辦學(xué)術(shù)期刊《Nano Research Energy》上發(fā)表題為“Self-assembled Monolayer Enabling Improved Buried Interfaces in Blade-coated Perovskite Solar Cells for High Efficiency and Stability”的最新研究成果。
目前，高效的倒置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池大多采用聚[雙(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)作為下層空穴傳輸材料，但由于PTAA的浸潤(rùn)性較差，導(dǎo)致上層刮涂制備的大面積鈣鈦礦薄膜往往不均勻，并在鈣鈦礦層的埋底界面處引入大量的界面空隙，嚴(yán)重?fù)p害鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率和穩(wěn)定性。因此，研究適合刮涂制備大面積、高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜的下層傳輸材料尤為重要。
研究團(tuán)隊(duì)基于前期的研究經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)上述PTAA在大面積鈣鈦礦制備中存在的問(wèn)題，在本工作中提出采用[2-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸(MeO-2PACz)作為自組裝單分子空穴提取層來(lái)取代PTAA。一方面，親水的MeO-2PACz單分子層改善了刮涂鈣鈦礦薄膜的成核和生長(zhǎng)，形成致密均勻的埋底界面并促進(jìn)與頂部鈣鈦礦的相互作用以鈍化界面缺陷。另一方面，由于該MeO-2PACz自組裝單分子層僅有單層分子，因此可以通過(guò)電荷隧穿有效地將載流子從鈣鈦礦提取到襯底電極，從而提高器件性能。得益于鈣鈦礦在自組裝單分子層上的高質(zhì)量埋底界面及高效的空穴提取，在有效面積分別為0.105 cm2和18.0 cm2 的鈣鈦礦器件和組件上分別實(shí)現(xiàn)了18.47%和14.13%的能量轉(zhuǎn)換效率。此外，基于自組裝單分子層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，惰性氣體氛圍中在最大功率點(diǎn)附近連續(xù)運(yùn)行500小時(shí)以上后，仍可保持90%的初始效率。
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參考來(lái)源：《Nano Research Energy》
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