在 ITO 或金属氧化物传输层上的自组装单分子层(SAMs)分子在钙钛矿薄膜处理和器件运行过程中容易解吸,从而导致光电转化效率(PCE)降低和器件退化。因此,开发在界面上稳定 SAMs 的有效策略对于进一步提升基于 SAMs 的钙钛矿太阳能电池(PVSC)的性能和稳定性至关重要。

在此,科学家开发了一种简便的方法,通过在广泛使用的 Me-4PACz SAM 上沉积可交联的有机硅烷—丙基三甲氧基硅烷(PTMS)和(3-巯丙基)三甲氧基硅烷(MPTMS),构建稳固的自组装双分子层(SABs)用于 NiOx 修饰。Me-4PACz 可实现优异的空穴提取,抑制界面反应和复合,而交联的有机硅烷网络形成坚固的保护层,防止溶剂引起的 SAMs 解吸并填补分子空隙,产生更致密稳定的界面。此外,MPTMS 中的巯基可与钙钛矿埋藏界面处的欠配位 Pb²⁺ 强烈相互作用,进一步减轻界面缺陷。因此,基于 NiOx/Me-4PACz/MPTMS 的 PVSCs 在空气中连续标准光照下实现了 24.9% 的高 PCE 和 475 小时的 T80 寿命,而 NiOx/Me-4PACz 基对照器件仅为 23.3% 且寿命仅几十小时。该工作为设计高性能、高稳定性的 PVSCs 稳固界面提供了重要的见解。

总之,通过在广泛使用的 Me-4PACz SAM 上沉积可交联的有机硅烷 PTMS 和 MPTMS,成功在 NiOx 上构建了稳健的自组装单分子膜(SABs)。交联的有机硅烷网络形成稳固的保护层,可防止卤化铅钙钛矿溶剂使底层 Me-4PACz 脱附,并且双层结构还可以通过填充 NiOx 上 Me-4PACz 的空隙形成更致密的 SAMs,从而实现更高效的空穴提取,更有效地抑制界面反应和复合,从而获得更高的光电转换效率(PCE)和增强的稳定性。
本研究为高效且稳定的光伏钙钛矿太阳能电池的耐久界面合理设计提供了有价值的指导。
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