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研究背景

钙钛矿太阳能电池（PVSCs）因其在柔性设备、叠层太阳能电池等领域的广泛应用前景而备受关注。与传统的硅基太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池具有更高的功率转换效率、更低的生产成本等显著优点。然而，钙钛矿与电子传输层（ETLs）之间的界面重组和离子迁移问题仍然是限制其效率和稳定性提升的主要因素，这些问题严重影响了其在实际应用中的长期耐久性和商业化进程。

成果简介

为了解决这一问题，香港城市大学任广禹院士团队、Chaowei Zhao以及香港理工大学殷骏教授等人合作在《Science Advances》上发表题为“Molecularly tailorable metal oxide clusters ensured robust interfacial connection in inverted perovskite solar cells”的最新论文。

该团队设计并合成了一系列分子可调的钛氧化物集群（CTOCs），作为钙钛矿与C60电子传输层之间的界面层，旨在增强钙钛矿与C60之间的相互作用。利用这些精确控制结构的钛氧化物集群，不仅能够有效钝化钙钛矿表面的缺陷，还能形成均匀的覆盖网，固定C60，从而构建出一个强健的界面耦合结构。通过这种设计，该团队成功地提升了钙钛矿太阳能电池的性能，获得了25.6%的功率转换效率（PCE），并且无需额外的表面钝化处理。

此外，这些未封装的器件在光照、热和偏压下表现出卓越的稳定性，在1500小时的最大功率点跟踪后，仍能保持98%的初始PCE。这些研究成果展示了该集群在提升钙钛矿太阳能电池效率和稳定性方面的巨大潜力，为开发高效钙钛矿光伏材料和界面层提供了新的思路和解决方案。

研究亮点

1. 实验首次设计并合成了一系列分子可调节的钛氧集群（CTOCs），并将其用作钙钛矿太阳能电池（PVSCs）的界面层，得到了具有精确结构控制、良好载流子迁移率和可调功能的集群材料。

2. 实验通过将这些集群应用于钙钛矿和C60电子传输层（ETL）之间的界面，成功实现了表面缺陷的钝化，并形成了均匀的覆盖层，增强了钙钛矿与C60之间的相互耦合。结果表明，CTOC集群能够有效地减少界面重组和离子迁移问题。

3. 在反向结构的钙钛矿太阳能电池中，采用该集群的器件达到25.6%的功率转换效率（PCE），无需额外的表面钝化处理。同时，未封装的设备在光照、热和偏压条件下表现出优异的稳定性，1500小时最大功率点跟踪后仍保持98%的初始PCE。

图文导读

图1. 集群的晶体结构和性质。

图2. 集群、钙钛矿和C60之间的相互作用。

图3. 设备性能。

图4. 稳定性评估。

总结展望

本文的研究通过精细的器件制备和深入的表征方法，揭示了有机-无机杂化钙钛矿材料在光电领域中的潜力，尤其是在光伏器件中的应用。通过多步骤的洗涤、涂布和退火处理，成功制备了高质量的钙钛矿薄膜，优化了其光电性能。此外，研究还通过高精度的表征技术，如XPS、XRD、AFM和电子显微镜等，系统地分析了材料的结晶结构、表面形态及电荷传输特性。这些结果表明，精确控制钙钛矿薄膜的微观结构和界面特性，对提高光伏器件的性能具有至关重要的作用。更为重要的是，本文提出的利用分子簇修饰钙钛矿薄膜的方法为改善材料稳定性和提高器件效率提供了新的思路。同时，通过理论计算与实验数据的结合，进一步探索了材料与界面之间的相互作用机制，为未来高效光伏材料的设计和优化提供了有力的理论支持。

文献信息

Fengzhu Li et al. ,Molecularly tailorable metal oxide clusters ensured robust interfacial connection in inverted perovskite solar cells.Sci. Adv.10,eadq1150(2024).

原创文章，作者：zhan1，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2024/12/20/987cfb6950/

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