上海光机所在高效率钙钛矿光伏电池空穴传输层添加剂工程方面取得新进展

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所薄膜光学实验室使用绝缘材料聚苯硫醚改性钙钛矿光伏电池中的空穴传输层，大大提高了光电转换效率和稳定性，相关研究成果以“Improving the Performance of Perovskite Solar Cells with Insulating Additive-Modified Hole Transport Layers”为题发表于ACS Applied Materials & Interfaces上。

倒置钙钛矿太阳能电池由于其柔韧性和稳定性，在下一代光伏发电领域具有巨大的应用潜力。通常来说，研究者都是通过高导电性添加剂改性空穴传输层，以达到超过21%的光电转化转换效率。然而，这些添加剂由于其对湿度的敏感性，会显著影响器件的长期稳定性。空穴传输层起到了电荷提取的作用，电荷提取发生在界面处，跟空穴传输层的本身性质有关。倒置器件中的空穴传输层一般是超薄的（10 nm左右），导电性对空穴传输层电荷转移能力影响不大。

在本项工作中，分别选用了高导电性添加剂（F4TCNQ）和绝缘材料（聚苯硫醚）添加剂对空穴传输层进行改性，进而讨论其对器件性能的影响。实验表明，绝缘添加剂也可以得到超过21%的光电转换效率。使用聚苯硫醚添加剂对空穴传输层进行了优化，使光电转换效率从19.1%提高到21.5%。器件的稳定性也得到显著提高，双85老化条件下，简易封装的器件运行500小时候仍能保持50%的初始器件效率，稳定性远高于对比器件。通过系统的研究，最终把性能的提升归功于HTL上钙钛矿薄膜晶粒尺寸的增大和能级排列的改善，稳定性的提高主要归因于聚苯硫醚良好的防水性能。本项研究证明，绝缘添加剂改性空穴传输层也可以有助于提高倒置钙钛矿电池的光伏性能。

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钙钛矿电池结构示意图及空穴传输层导电性、光电转换效率、稳定性数据（其中LCA为低导电添加剂掺杂的空穴传输层、HCA为高导电性掺杂的空穴传输层）

相关研究得到了国家科技部重点研发项目、上海市科委、国家自然科学基金项目的支持。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.1c24349

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