论文速览 钙钛矿太阳能电池（perovskite solar cells, PSCs）通常在不代表室外使用的条件下在室内进行测试。户外测试中电池的更快降解源于更高的紫外线水平，导致铟锡氧化物和混合空穴传输层界面的剥离。而钙钛矿太阳能电池室内测试中使用的发光二极管（LED）不会将它们暴露在实际户外，使用中可能受到的紫外线在辐射水平下。本研究探讨了在未过滤阳光下以及室内LED灯测试条件下，p-i-n结构钙钛矿太阳能电池的降解机制。研究发现，钙钛矿与聚合物空穴传输材料（HTMs）及透明导电氧化物（TCOs）之间的弱化学键合是加速A位阳离子迁移的主要原因，而非HTMs的直接降解。通过引入芳香族磷酸，[2-(9-乙基9H-咔唑-3-基)乙基]磷酸（EtCz3EPA），在钙钛矿/HTM/TCO区域增强了键合，磷酸基团与TCOs键合，氮基团与钙钛矿中的铅相互作用。EtCz3EPA与强空穴提取聚合物组成的混合HTM不仅保持了高效率，还提高了钙钛矿器件的紫外稳定性。经Perovskite PV Accelerator for Commercializing Technologies (PACT)中心独立测试，冠军级钙钛矿微型模块在户外测试29周后仍保持了超过16%的操作效率。本研究还讨论了提高户外耐久性的必要性，并提出了缩小室内与户外耐久性测试结果差距的方法。图文导读 图1：在室内和室外条件下PSCs的降解情况。图2：紫外光诱导的钙钛矿降解机制。图3：更强键合HTMs的分子设计。图4：不同HTMs的小器件在50 h LEP光浸泡后的J-V曲线，以及对应的陷阱密度和在LED灯和LEP灯照射下的光浸泡稳定性测试结果。图5：钙钛矿微型模块的户外试验结果。总结展望 本文研究了紫外光引起的PSCs的降解机制，通过引入更强的键合分子到器件中，显著提高了钙钛矿微型模块的户外稳定性。研究表明，紫外光直接损害了钙钛矿基底的界面，导致空穴提取效率降低，并加速了A位阳离子的迁移。通过在钙钛矿/HTM/ITO区域引入强键合分子，减少了该区域周围的非晶相，并抑制了紫外光下的阳离子迁移。采用混合HTM EtCz3EPA/PTAA:BCP的小面积PSCs，在LED和LEP灯下的T90寿命分别提高到约4610 h和约1780 h。经PACT中心独立测试，冠军微型模块在户外测试29周后，仍保持了超过16%的操作效率。这些成果为钙钛矿太阳能电池的商业化和长期稳定性提供了重要的理论和实践基础。文献信息标题：Strong-bonding hole-transport layers reduce ultraviolet degradation of perovskite solar cells期刊：Science
DOI：10.1126/science.adi4531
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2. Lead-chelating hole-transport layers for efficient and stable perovskite minimodules, Science, 380, 6647, 823-829 DOI: 10.1126/science.ade9463
3. Stabilizing perovskite-substrate interfaces for high-performance perovskite modules, Science, 20 Aug 2021, Vol. 373, Issue 6557, pp. 902-907 DOI: 10.1126/science.abi63234. Response to Comment on ‘Resolving spatial and energetic distributions of trap states in metal halide perovskite solar cells, Science, Vol. 371, Issue 6532, eabd8598 (2021)5. Resolving spatial and energetic distributions of trap states in metal halide perovskite solar cells , Science, Vol. 367, Issue 6484, pp. 1352-135.
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