科学家采用新自组装单分子空穴提取层 有效提高太阳能电池效率和稳定性

　　【化工仪器网 项目成果】分子自组装一般是指如分子在不受人类外力之介入下，自行聚集、组织成规则结构的现象，如分子的结晶即是一种自组装现象。自组装程序的发生通常会将系统从一个无序(disordered)的状态转化成一个有序(ordered)的状态，运用各种分子之自组装亦是建构纳米材料非常重要的方法，这种所谓由下而上(bottom-up)的方法目前被广泛应用来制备具光、电、磁、感测、与催化功能的纳米材料。

?

　　自组装单分子层(SAM)是一种由具有活性基团的分子在固体表面自发地组装形成的有序单分子层。自组装单分子层如今被广泛应用于电子学器件/光电器件的界面修饰。2022年5月12日，香港城市大学Alex K.-Y. Jen(任广禹)教授在清华大学主办学术期刊《Nano Research Energy》上发表题为“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，高效的倒置钙钛矿太阳能电池大多采用聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)作为下层空穴传输材料，但由于PTAA的浸润性较差，导致上层刮涂制备的大面积钙钛矿薄膜往往不均匀，并在钙钛矿层的埋底界面处引入大量的界面空隙，严重损害钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。因此，研究适合刮涂制备大面积、高质量钙钛矿薄膜的下层传输材料尤为重要。
?

　　研究团队基于前期的研究经验，针对上述PTAA在大面积钙钛矿制备中存在的问题，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)作为自组装单分子空穴提取层来取代PTAA。一方面，亲水的MeO-2PACz单分子层改善了刮涂钙钛矿薄膜的成核和生长，形成致密均匀的埋底界面并促进与顶部钙钛矿的相互作用以钝化界面缺陷。另一方面，由于该MeO-2PACz自组装单分子层仅有单层分子，因此可以通过电荷隧穿有效地将载流子从钙钛矿提取到衬底电极，从而提高器件性能。得益于钙钛矿在自组装单分子层上的高质量埋底界面及高效的空穴提取，在有效面积分别为0.105 cm2和18.0 cm2 的钙钛矿器件和组件上分别实现了18.47%和14.13%的能量转换效率。此外，基于自组装单分子层的钙钛矿太阳能电池表现出良好的稳定性，惰性气体氛围中在最大功率点附近连续运行500小时以上后，仍可保持90%的初始效率。
?

　　相关论文

?

　　参考来源：《Nano Research Energy》