國科大曲勝春CEJ：24.19%效率！雙重修飾策略助力倒置鈣鈦礦太陽能電池效率飆升！

主要內容

在中國科學院半導體研究所曲勝春教授、劉孔教授和鄧惠雄教授的帶領下，研究團隊聚焦于一步旋涂法制備鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）過程中面臨的關鍵技術瓶頸。在傳統一步旋涂法里，高熔點添加劑在鈣鈦礦結晶階段易發生共沉淀，并在界面處聚集，導致添加劑空間分布不均，進而引發表面應力問題，嚴重制約了電池同時實現高效率與長期穩定性的目標。

為攻克這一難題，研究團隊創新性地提出原位和表面鈍化（ISP/SP）雙重修飾策略。在原位鈍化（ISP）方面，選用高擴散性的3,4,5 - 三氟 - 4′ - (反式 - 4 - 丙基環己基) - 聯苯（3,4,5 - TTPCB）對鈣鈦礦材料進行處理，旨在優化鈣鈦礦內部的晶體結構和缺陷狀態。在表面鈍化（SP）方面，在氯（Cl?）、碘（I?）、溴（Br?）共存的體系中，利用咔唑（Cbz）與苯乙基銨（PEA?）陽離子之間的相互作用，增強PEA?陽離子的性能，并將其應用于鈣鈦礦表面鈍化，以提升鈣鈦礦薄膜的化學和物理穩定性，增強其抗氧氣和水分侵蝕的能力。

在具體實驗操作中，為確保添加劑材料在鈣鈦礦結晶過程中均勻分布并減少聚集，研究團隊采用3,4,5 - TTPCB熱致液晶。經過ISP（3 mol% 3,4,5 - TTPCB）/SP（2.5 mol% PEACl + Cbz）雙重處理的p - i - n型鈣鈦礦太陽能電池（帶隙為1.6 eV），在0.05 cm2器件上實現了24.19%的光電轉換效率（PCE）和83%的填充因子（FF）。這一顯著提升主要歸因于雙重修飾策略有效減少了鈣鈦礦薄膜中的非輻射復合，從而提高了載流子的傳輸和收集效率。

為全面評估該雙重修飾策略的效果，研究團隊將基于ISP/SP（PEACl + Cbz）處理的PSCs與多種對照組進行了詳細對比。對照組包括未處理的PSCs（PCE = 21.77%，Voc = 1.15 eV，FF = 80.3%，Jsc = 23.63 mA/cm2）、僅采用ISP（3,4,5 - TTPCB）處理的PSCs（PCE = 22.99%，Voc = 1.16 eV，FF = 81.6%，Jsc = 24.25 mA/cm2）、采用ISP/SP（PEABr + Cbz）處理的PSCs（PCE = 22.55%，Voc = 1.17 eV，FF = 81.7%，Jsc = 23.97 mA/cm2）以及采用ISP/SP（PEAI + Cbz）處理的PSCs（PCE = 23.89%，Voc = 1.18 eV，FF = 81.1%，Jsc = 24.10 mA/cm2）。對比結果表明，基于ISP/SP（PEACl + Cbz）處理的PSCs在光伏性能上表現**，各項關鍵參數均有顯著提升。

在穩定性測試方面，未經封裝的基于ISP/SP（PEACl + Cbz）處理的器件在ISOS - D - 1（相對濕度約45%）和ISOS - L - 1（標準太陽光照射測試）等現代老化穩定性條件下，經過1200小時后仍能保持其初始PCE的90%以上，展現出優異的長期穩定性。此外，經過ISP/SP（PEACl + Cbz）處理的鈣鈦礦薄膜在ISOS - D - 3測試（85 °C，85%相對濕度）以及環境條件（相對濕度：約35 ± 5%，溫度：25 ± 5℃）下，分解穩定性顯著提升，相分離現象得到有效抑制。

上述實驗結果與模擬結果高度一致。基于此，研究團隊認為，基于ISP/SP（PEACl + Cbz）的修飾方法通過提升添加劑的擴散能力、精準鈍化表面缺陷、優化能級結構，成功降低了鈣鈦礦薄膜的應力，顯著提高了光伏性能和長期穩定性。這一雙重修飾策略為高性能鈣鈦礦太陽能電池的產業化應用提供了一種**潛力的解決方案。

文獻信息

Dual-modification strategy for efficient inverted perovskite solar cells via thermally induced liquid crystals and boosting of phenethylammonium by carbazole

Bilal Mehmood , Chen Zhang , Shan Wu , Jiangying Lu, Xu Zheng , Wei Jiang , Kamran Amin, Shudi Lu , Muhammad Iftikhar Khan , Muhammad Sultan , Tanveer Ashraf , Zhijie Wang, Huixiong Deng, Kong Liu, Shengchun Qu

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725047539

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