材料学院郑晓鹏团队在新型薄膜太阳能电池领域取得重要进展
可溶液加工的钙钛矿太阳能电池具有成本低、转换效率高的优点。然而，稳定性较差的问题严重制约了其产业化发展进程。反式（p-i-n）型钙钛矿太阳能电池具有制造工艺简单、迟滞效应小、适合制备柔性和叠层器件等优点，得到了广泛的关注。近年来，反式钙钛矿太阳能电池在应用咔唑类磷酸自组装单分子层（SAM）空穴提取层后效率得到了很大的提升。但基于极薄SAM 空穴提取层的器件还存在热稳定性较差的问题，因为在高温条件下SAM分子锚定基团与基底之间形成的化学键会发生断裂，从而影响界面电荷提取，导致器件降解或失效。
图1. 不同温度下钙钛矿太阳能电池的工作稳定性
针对上述问题，该研究将MeO-4PADBC SAM分子锚定在氧化镍纳米粒子（NiOx NPs）薄膜表面，增强了空穴提取界面的稳定性。实验结果表明，MeO-4PADBC分子不仅可以高密度地锚定在NiOx NP薄膜，并且可以与NiOx形成更强的三齿键，形成更加稳定的空穴提取界面。此外，NiOx/MeO-4PADBC空穴提取层与不同带隙的钙钛矿之间形成理想的能级匹配，并且界面处具有较低的缺陷态密度，有效的降低了不同带隙器件的电压损失。研究结果表明，以NiOx/MeO-4PADBC SAM作为空穴提取层制备的带隙为1.53 eV的反式器件实现了25.6%的认证效率，高于以NiOx（21.6%）或MeO-4PADBC（24.2%）作为空穴提取层制备的器件。令人欣喜的是，NiOx/MeO-4PADB空穴传输层的界面热稳定性显著增强，其热降解活化能是常规结构界面ITO/MeO-4PADBC的3倍（图1）。因此，1.53 eV 反式器件在65℃下连续工作1200小时后仍能维持>90%的初始效率，远好于单独由NiOx或MeO-4PADBC制备的对比器件。由阿伦尼斯公式可以推算，基于NiOx/MeO-4PADBC制备的器件在25 ℃下连续工作超过10个月后仍能维持80%以上初始效率。该研究为设计稳定的空穴提取界面提供了指导，推动钙钛矿光伏向产业化发展。
相关研究结果以“ Stabilized hole-selective layer for high-performance inverted p-i-n perovskite solar cells ”为题在《Science》杂志上发表。李稹（香港城市大学博士后）、孙祥浪（香港城市大学博士后）、郑晓鹏（国科大副教授，曾在美国国家可再生能源实验室（NREL）任博士后研究员）、李博（香港城市大学博士后）为论文共同第一作者，香港城市大学朱宗龙助理教授、华中科技大学李忠安教授为通讯作者，合作著者包括美国国家可再生能源实验室Joseph M. Luther资深研究员等。
