鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）因其優(yōu)越的光伏性能、低廉的制造成本和簡(jiǎn)單的制備工藝獲得了科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注?？昭▊鬏攲覵piro-OMeTAD作為PSCs的關(guān)鍵功能層，不僅能在界面處提供有效的電子阻擋、空穴傳輸、還能保護(hù)吸光層免受環(huán)境濕度和電極金屬擴(kuò)散等不利環(huán)境因素的影響。然而，Li-TFSI摻雜的Spiro-OMeTAD所引發(fā)的離子遷移和團(tuán)聚對(duì)PSCs的性能和穩(wěn)定性產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面影響。
近日， 云南大學(xué)的華雍副研究員、解琳副教授和中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的汪洋副研究員合作， 以Spiro-OMeTAD摻雜劑為研究對(duì)象，構(gòu)建了新的Spiro-OMeTAD添加劑摻雜策略，首次在空穴傳輸層中引入有機(jī)液晶小分子（LQ），實(shí)現(xiàn)了Li-TFSI的固定并大幅提升了器件性能，這是首例基于有機(jī)液晶小分子摻雜Spiro-OMeTAD的報(bào)道。
使用有機(jī)液晶小分子LQ做為Spiro-OMeTAD空穴傳輸層添加劑具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。首先，LQ與Li-TFSI之間的化學(xué)配位可以有效限制Li+離子的遷移和Li-TFSI的團(tuán)聚。其次，具有高遷移率的LQ為空穴傳輸提供了快速的遷移通道，同時(shí)LQ的摻雜可以有效降低空穴的遷移勢(shì)壘，從而提高了Spiro-OMeTAD的對(duì)空穴載流子的傳輸與提取效率。 飛秒瞬態(tài)吸收光譜的結(jié)果表明， LQ摻雜的Spiro-OMeTAD可以快速冷卻熱載流子，并有效提取熱載流子的多余能量。此外，基于LQ修飾器件的載流子壽命是控制器件的兩倍，這表明器件經(jīng)LQ修飾，可以有效地提升熱載流子的抽取效率以及減少界面處載流子復(fù)合，從而提高器件光電轉(zhuǎn)換效率。 經(jīng)LQ修飾的器件，光電轉(zhuǎn)換效率從21.03%提升至24.42%，同時(shí)有效減少了器件的遲滯效應(yīng)。在空氣環(huán)境下，基于LQ摻雜的Spiro-OMeTAD制備的未封裝器件經(jīng)過(guò)1700小時(shí)后器件性能僅下降9％，而控制器件的性能下降30％，LQ修飾的器件穩(wěn)定性得到了顯著的提升。 總之，該工作能為提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率和穩(wěn)定性提供一種有效的策略，同時(shí)能為理解清楚電池器件內(nèi)在熱載流子動(dòng)力學(xué)提供一些參考。 論文信息 A Multifunctional Liquid Crystal as Hole Transport Layer Additive Enhances Efficiency and Stability of Perovskite Solar Cells Qian Lai, Rongshan Zhuang, Kun Zhang, Tai Wu, Lin Xie, Dr. Rongjun Zhao, Lei Yang, Prof. Yang Wang, Prof. Yong Hua Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202305670
