我校郭鹍鹏教授团队在《Advanced Functional Materials》发表钙钛矿太阳能电池研究领域最新研究成果

近日，我校新材料界面科学与工程教育部重点实验室有机光电课题组郭鹍鹏教授团队在提升空穴传输材料热应力稳定性和钙钛矿太阳能电池耐用性研究领域取得重要研究进展。研究成果以“Heterogeneous Amine with Polycyclic-Aromatics-Modified Hole Transport Material for Efficient and Operationally Durable Perovskite Solar Cells”为题，发表在国际顶级学术期刊《Advanced Functional Materials》(影响因子18.5)。该论文的第一署名单位为太原理工大学，我校硕士研究生罗杨和浙江大学博士研究生李天宇为论文共同第一作者，郭鹍鹏教授和普林斯顿大学博士后研究员任宇桐为论文共同通讯作者。

图1.论文页面截图

钙钛矿太阳能电池作为一种新型太阳能电池，其低成本、高光电转换效率和可溶液制备等优点，吸引了科研界和产业界的广泛关注。然而，钙钛矿太阳能电池在湿热、光照等条件下差的耐用性制约了其实际应用。在明确商业化空穴传输材料Spiro-OMeTAD低的玻璃化转变温度是造成空穴传输层形貌热应力不稳定，进而导致电池器件耐用性差的主要问题基础上，研究团队提出稠环异质胺修饰螺环外围提升空穴传输材料性能的策略。

图2.稠环异质胺提升空穴传输材料和空穴传输层性能对比

如图2所示，再将萘和芴衍生物制备的异质胺作为外围基团引入螺环核心上后，新制备的空穴传输材料Spiro-NADF与具有同质胺外围的空穴传输材料Spiro-OMeTAD相比，其玻璃化转变温度、空穴迁移率、内聚能以及与钙钛矿之间的能级对准都得到了提升。相应的，以Spiro-NADF制备的空穴传输层与钙钛矿之间界面作用更强、在湿热条件下的形貌稳定性更好、抑制离子迁移和保护钙钛矿能力也更高。

图3. Spiro-OMeTAD和Spiro-NADF制备的钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性对比

以Spiro-NADF制备的钙钛矿太阳能电池获得了24.66%的光电转换效率和1.190 V的开路电压，在最大功率点连续光照、温度为85 ℃、湿度为70-90%等条件下工作500小时后仍能保持初始效率的92%以上，表现出好的耐用性。这项工作指出了稠环异质胺修饰在提升空穴传输材料自身性能和提高钙钛矿太阳能电池耐用性方面还有很大提升空间。

本工作得到国家自然科学基金面上项目（22372114）和山西省自然科学基金面上项目（202203021211143）的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202419849