海南大学孙萍萍&南科大徐保民&Kyaw最新AM:通过原位聚合粘合桥接共自组装的单层和钙钛矿以增强倒置钙钛矿太阳能电池的稳定性

来源:印刷钙钛矿光电器件发布时间:2025-06-04 09:59:35

战略性地利用自组装单层膜(SAM)显著提高了倒置钙钛矿太阳能电池(IPSC)的界面接触和功率转换效率(PCE)。然而,SAM 和钙钛矿层之间的粘附力不足仍然是一个关键挑战,限制了进一步的性能增强。鉴于此,海南大学孙萍萍&南方科技大学徐保民&Aung Ko Ko Kyaw在期刊《Advanced Materials》发文,题为“Adhesively Bridging Co-Self-Assembled Monolayer and Perovskite Via In Situ Polymerization for Enhanced Stability of Inverted Perovskite Solar Cells”。在此,介绍了一种协同界面工程策略,该策略将共组装方法与原位聚合相结合,以优化钙钛矿薄膜的埋地界面。具体来说,11-巯基十一烷基磷酸(MPA)掺入 SAM 中以形成共 SAM,从而提高均一性并减轻NiOx 缺陷表面。同时,离子液体(IL)单体 1-烯丙基-3-乙烯基咪唑鎓双((三氟甲基)磺酰基)酰亚胺(AVMTF)2)掺入钙钛矿前驱体中。ILs 阳离子在底部界面的聚集促进了通过巯基端基的原位聚合,在钙钛矿/SAM 界面形成POL-AVM 聚合物。这种聚合物增强了界面粘附力,调节钙钛矿结晶,并通过多个氢键强烈锚定有机阳离子来增强结构完整性。因此,这种协同策略实现了 26.25% 的冠军 PCE(认证26.04%),以及出色的长期稳定性,在 ISOS-L-2I 协议下连续运行 1000 小时后仍保持 95.6% 的初始效率。

创新点:

1.协同界面工程策略:提出了一种结合共组装方法和原位聚合的策略,以优化钙钛矿薄膜的埋藏界面。

2.共组装分子设计:通过引入11-巯基十一烷基磷酸(MPA)到自组装单层(SAM)中,形成共SAM,提高了均匀性并减少了NiO表面的缺陷。

3.离子液体单体聚合:将离子液体(IL)单体1-烯丙基-3-乙烯基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺(AVMTF2)引入钙钛矿前驱体中,在退火过程中通过硫醇端基进行原位聚合,形成POL-AVM聚合物。

未来展望:

1.进一步优化界面工程策略:材料选择与改性:探索更多种类的功能性分子和离子液体单体,以进一步提高SAMs的均匀性和缺陷抑制能力。例如,可以尝试不同的磷酸基团或硫醇基团的组合,以优化界面化学性质。界面反应机制:深入研究界面化学反应机制,特别是POL-AVM的形成过程及其与钙钛矿层的相互作用,以便更好地控制界面结构和性能。

2.提高器件稳定性和效率:长期稳定性测试:进行更长时间的稳定性测试,包括在不同环境条件下的测试(如高温、高湿、强光照射等),以全面评估器件的长期稳定性。效率提升:通过优化钙钛矿层的结晶度和形貌,进一步提高器件的光电转换效率。可以尝试不同的钙钛矿组成和制备工艺,以实现更高的效率。

3.大规模制备与商业化:大面积器件制备:研究如何将这种界面工程策略应用于大面积器件的制备,以提高器件的均匀性和一致性。这涉及到溶液处理工艺的优化和设备的设计。商业化应用:探索如何将这种高性能的钙钛矿太阳能电池应用于实际商业化场景,包括与现有太阳能电池技术的集成和成本效益分析。

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