文章介绍
紫外线(UV)辐射对普遍存在的p-i-n的稳定性构成了实质性挑战(正-本征-负)钙钛矿太阳能电池(PSC)，由于光从HTL侧入射，需要更稳健的空穴传输层(HTL)。
基于此，南京大学陈尚尚等人揭示了常用的自组装单层(SAM)-型HTL具有差的UV稳定性，这会对空穴提取造成不可逆的损害并损害器件稳定性。为了解决这个问题，作者开发了一种名为Poly-2PACz的聚合物和紫外线稳定HTL，与SAM型HTL相比，Poly-2PACz HTL具有与基质的强结合力和优异的抗紫外线性能。在环境条件下，使用Poly-2PACz HTL的PSC刮涂实现了26.0%的显着效率和出色的紫外线稳定性。电池即使在高强度紫外线照射约500小时后仍保持80%的初始PCE 。此外，Poly-2PACz具有良好的润湿性和高电导率，能够制造具有22.2%孔径效率和优异均匀性的刮涂微型模组。该论文近期以“Efficient perovskite solar modules enabled by a UV-stable and high-conductivity hole transport material”为题发表在顶级期刊Science Advances上。
研究亮点：
UV稳定空穴传输材料：开发了一种新型空穴传输材料，该材料不仅具有高导电性，还具有优异的紫外光稳定性。
效率提升：使用这种材料的钙钛矿太阳能组件实现了更高的光电转换效率。
稳定性增强：优化后的太阳能组件展现出更好的长期运行稳定性，这对于太阳能电池的实际应用至关重要。
研究内容：
该研究专注于通过材料科学来提高钙钛矿太阳能组件的性能。科研团队合成了一种新型空穴传输材料，并将其应用于钙钛矿太阳能电池中。这种材料不仅提高了电子传输效率，还增强了电池对紫外光的抵抗力，从而提高了电池的整体性能和寿命。
研究意义：
性能提升：这项工作提供了一种通过使用新型空穴传输材料来提高钙钛矿太阳能组件效率和稳定性的新方法。
推动产业化进程：这种新型空穴传输材料技术为钙钛矿太阳能组件的商业化和大规模生产提供了新的可能性，有助于推动可再生能源技术的发展和应用。
科学贡献：该研究为理解和设计高效率、高稳定性的钙钛矿太阳能组件提供了新的视角，对于钙钛矿太阳能电池领域的科学进步具有重要贡献。
图文信息
图1. HTL的表征。(A)2PACz和Poly-2PACz的化学结构。(B)通过UPS测量的ITO上的2PACz和Poly-2PACz薄膜的能级。(C和D)被2PACz(C)和Poly-2PACz(D)覆盖的ITO玻璃基板的c-AFM电流图像。
图2. HTL的UV稳定性。(A)在涂覆有HTL的Si/ITO晶片上的IR-PiFM测量的示意图。(B和C)在24小时UV照射之前和之后在Si/ITO衬底上的2PACz(B)和Poly-2PACz(C)的IR-PiFM光谱(365 nm，17.0 mW cm-2). a.u.，任意单位。(D)涂有HTL的ITO玻璃基板上的AFM粘附力测量示意图。(E和F)2PACz(E)和Poly-的粘附力分布由AFM粘附力测量确定的24小时UV照射(365 nm，17.0 mW cm-2)之前和之后ITO玻璃基板上的2PACz(F)。(G和H)2PACz(G)和Poly-2PACz(H)在48小时UV照射之前和之后的1H NMR光谱。
图3. HTL对薄膜PL特性和器件PCE的影响。(A和B)涂覆在2PACz和Poly-2PACz上的钙钛矿膜的稳态PL(A)和TRPL光谱(B)。(C)基于2PACz和Poly-2PACz的冠军PSC的后向J-V特性曲线。插图示出了冠军PSC的光伏参数。(D)基于2PACz和Poly-2PACz的冠军PSC的EQE光谱。
图4. 器件特性.(A至E)tDOS谱(A)，DLCP陷阱分布(10.0 kHz，B)，EL映射[(C)和(D)]，(E)基于2PACz和Poly-2PACz的PSC的EL强度分布。(F)冠军钙钛矿微型模块的I-V曲线插图显示了基于Poly-2PACz的冠军钙钛矿微型模块的照片。
图5. 稳定性研究.(A至C)在365 nm UV灯(17.0 mW cm−2)下在~50°C(A)、在40°C(B)下在1个太阳照射(100 mW cm−2)下和在85°C(C)下在1个太阳照射(100 mW cm−2)下浸泡的封装的PSC的MPP稳定性测试结果.
总之，作者成功地开发了一种解决最先进的自组装膜紫外稳定性挑战的策略。开发了一种导电聚合物Poly-2PACz，具有高电导率，良好的润湿性和优异的紫外稳定性。Poly-2PACz有效地改善了钙钛矿薄膜的均匀性，并抑制了复合，这一点通过EL映射和陷阱相关表征得到了证明。因此，所得到的PSC实现了26.0%的令人印象深刻的效率，并且在高剂量UV照射后经过480小时保持了其初始效率的80%。此外，亲水性和均匀的Poly-2PACz表面有利于可扩展的钙钛矿薄膜涂层，从而能够生产具有22.2%的高孔径PCE的微型模块。总体而言，这项工作提出了一种钙钛矿HTL设计方法，并为钙钛矿太阳能模块的实际制造提供了希望。
器件制备
器件制备：
ITO/SAM/PVSK/PDI/C60/BCP/Cu
1.洗干净的ITO玻璃，使用前臭氧15 min，将(甲醇中的2 PACz或Poly-2 PACz，甲醇：氯仿= 1：1)以20 mm s-1的速度刮涂到ITO玻璃基板上，然后在空气中以100°C热退火10分钟，刀头与基底之间的间隙为150 μm;
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2. 1.35 M MA0.7FA0.3PbI3 溶于2-ME，正十二烷基碘化铵溶液(0.83 mg ml−1)，LP(0.27 mg ml−1)，0.14%(v/v)MAH2PO2，p-F-PEAI(1.4毫克毫升−1)，BHC(0.15 mg ml-1)和2.8%(v/v)DMSO作为添加剂;刮涂速度为20 mm/s，间隙为230 μm刮涂，刮涂过程中刮刀的工作压力约为138 kPa，然后在120 °C下退火10 min;
3. 蒸镀30 nm C60，6 nm BCP和100 nm Cu。然后用由两部分环氧密封剂密封的覆盖玻璃封装PSC。太阳能电池的有效面积为8.0 mm 2。
模组：对于钙钛矿微型模组，P2和P3划线的激光功率为~ 0.375W。基于Poly-2PACz的冠军模块具有六个子单元，并且每个子单元具有6 mm的宽度。
文章信息
T. Liu, Z. Ren, Y. Liu, Y. Zhang, J. Liang, F. Cheng, Y. Li, X. Shi, Y. Dou, X. Hu, L. Wang, S. Luo, F. Wang, X. Peng, Y. Zhao, W. Wang, Y. Cao, F. Gao, S. Chen, Efficient perovskite solar modules enabled by a UV-stable and high-conductivity hole transport material. Science Advances 11, (2025).
DOI: 10.1126/sciadv.adu3493
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