去年Science，今日Nature！华中科大刘宗豪/陈炜再发顶刊！

与“正常”器件结构相比，具有“倒置”结构的钙钛矿太阳能电池(PSCs)具有更好的功率转换效率(PCE)和运行稳定性，是将这种新兴光伏技术商业化的关键途径。

具体来说，由于改进的自组装分子(SAMs)1-5和钝化策略的发展，倒置PSCs的PCE超过了25%。然而，SAMs较差的润湿性和团聚会导致界面损失，阻碍了PCE和稳定性的进一步提高。

在此，来自韩国成均馆大学的Nam-Gyu Park & 华中科技大学的刘宗豪和陈炜等研究者报道了一种多羧酸功能化的芳香化合物4,4’,4’’-硝基三苯甲酸(NA)与一种常用的SAM[4-(3,6-二甲基- 9h -咔唑-9-基)丁基]膦酸(Me-4PACz)共组装，以改善其异质结界面，从而在倒置PSCs中实现了分子杂化。相关论文以题为“Buried interface molecular hybrid for inverted perovskite solar cells”于2024年06月26日发表在Nature上。

具有倒置(p-i-n)结构的钙钛矿太阳能电池(PSCs)，由于其具有竞争力的PCEs，良好的稳定性以及与串联太阳能电池的兼容性，被认为是这一新兴光伏技术商业化的主流技术路线之一。

目前，由于孔选择层(HSLs)和钝化策略的发展，它们的PCEs超过了25%。特别是基于SAMs的HSLs，由于其具有有效提取载流子的合适能级和低非辐射复合损耗等优点，近年来在高效倒转PSCs中得到了广泛应用。

然而，常用的SAMs，如[4-(3,6-二甲基- 9h -咔唑-9-基)丁基]膦酸(Me-4PACz)，在底物上的分布不均匀，对钙钛矿前驱体的表面润湿性较差。这些特性使得在Me-4PACz表面直接沉积高质量的钙钛矿薄膜成为一个挑战。这些缺点将导致较低的制造成品率和埋地界面的不希望的界面损耗，特别是在制造大面积器件时。

在这里，研究者报道了一种杂化SAM策略，其中广泛使用的SAM Me-4PACz与多羧酸功能化的芳香分子4,4′, 4”-硝基三苯甲酸(NA)组装，在氧化镍(NiO)表面形成混合SAM(标记为NA- me)，以制备倒置的PSCs。

在Me-4PACz层中加入NA分子后，钙钛矿溶液在HSL上的润湿性得到改善，导致纳米空隙减少，埋藏界面处的应力释放。

由于Me-4PACz与NA分子中的三苯胺部分相互作用，NA-ME可以减少Me-4PACz的团聚，使Me-4PACz的分布均匀化，从而促进载流子的提取，减少NiO/钙钛矿界面的非辐射复合。

基于FA_0.95Cs_0.05PbI₃成分的甲脒铯(FACs)钙钛矿的反向器件在高开路电压(V_OC)为1.201 V(认证稳态效率为26.54%)和23.06%(认证稳态效率为22.74%)的情况下，对于孔径面积为11.1 cm²的小面积PSCs和微型模块，PCEs分别达到26.69%和23.06%。

此外，该器件在65°C的环境空气中在1太阳等效白光发光二极管(LED)照明下工作超过2,400小时，在湿热测试条件下老化超过500小时后，其初始PCEs分别保持了96.1%和97.4%。

图1 HSL异质结的计算模拟。

图2 钙钛矿衬底区域的形貌和结构。

图3 减少界面能损失。

图4 器件的光伏性能。

综上所述，基于NA-ME的设备在2400小时内保留了大约96.1%的初始PCE(26.21%)，而使用Me-4PACz的设备在1580小时后仅保留了66.5%的初始PCE(22.75%)。

因此，该器件实现了高效率和良好的运行稳定性，这表明使用NA-Me的界面分子杂化工程是显著提高倒置PCEs效率和稳定性的有效方法。

据悉，陈炜老师去年刚发完Science，今年又上Nature，同时还有多篇顶刊。

陈炜教授近年先后主持自然科学基金4项、国家重点研发计划青年项目（子课题负责1项）、与企业合作研发横向课题2项，参与国家重点基础研究发展计划（973计划）1项等科研项目。迄今共发表SCI收录论文70余篇，其中第一作者或通讯作者（含共同）共计47篇（包括Science 2篇，Science Advances 2篇，Nature Energy 1篇，Nauture Commun 1篇，Energy & Environmental Science 1篇，Adv Mater 2篇，Adv Energy Mater 2篇，Adv Funct Mater 1篇）。

【参考文献】

Liu, S., Li, J., Xiao, W. et al. Buried interface molecular hybrid for inverted perovskite solar cells. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07723-3

原文链接：http://www-nature-com-s.zju.yyttgd.top/articles/s41586-024-07723-3

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去年Science，今日Nature！华中科大刘宗豪/陈炜再发顶刊！

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