钙钛矿太阳电池具有效率高、成本低、可溶液法加工等优点,是当前最具发展前景的一种光伏技术。钙钛矿太阳电池的高效率制备十分依赖于有机空穴传输层(HTL),其中掺杂是提升有机空穴传输层性能的关键策略,例如,采用LiTFSI和4-tert-butylpyridine(tBP)掺杂Spiro空穴传输层。然而,传统的掺有LiTFSI和tBP的Spiro空穴传输层需要经历一个长时间的氧化过程,才能获得适宜的能级结构和高电导率,从而支撑实现高效钙钛矿太阳电池。然而,由于氧化过程长,且氧化效果十分依赖环境,这严重影响了电池性能反馈的及时性和高效率电池的可重复性;同时,掺杂材料tBP的引入尽管可以改善Spiro的成膜性和促进LiTFSI的溶解,但会持续性的腐蚀破坏钙钛矿薄膜,给电池效率和稳定性带来不良影响。这些问题共同阻碍了钙钛矿太阳电池性能的进一步提升。 鉴于此,华北电力大学李美成教授团队通过一种级联反应策略来解决当前基于传统掺杂的有机空穴传输层所面临的上述问题。该级联反应由添加剂碘苯二乙酸发起:首先,碘苯二乙酸可以快速高效地氧化Spiro空穴传输层,其次,氧化后的产物可以进一步与tBP发生相互作用形成复合物,抑制tBP对钙钛矿的持续性破坏。级联反应策略的应用可以最大限度地发挥HTL的优势,进而获得了具有超高效率(25.76%)、高重现性的钙钛矿太阳电池。
图1. 级联反应策略提升钙钛矿太阳电池光电性能 图2. 空穴传输层的快速氧化及性能优化 图3. 抑制tBP对钙钛矿的持续性腐蚀破坏 图4. 级联反应策略在其他空穴传输层体系(PTAA、P3HT)中的应用 该工作从化学的角度出发,基于反应的连续性,提出了一种简单巧妙的优化策略来克服当前钙钛矿太阳电池中传统掺杂的有机空穴传输层所面临的问题,为实现高效钙钛矿太阳电池的制备提供了新的思路,促进了钙钛矿太阳电池技术的发展。 论文信息 Cascade Reaction in Organic Hole Transport Layer Enables Efficient Perovskite Solar Cells Zhineng Lan, Hao Huang, Shuxian Du, Yi Lu, Changxu Sun, Yingying Yang, Qiang Zhang, Yi Suo, Shujie Qu, Min Wang, Xinxin Wang, Luyao Yan, Peng Cui, Prof. Dr. Zhiguo Zhao, Prof. Dr. Meicheng Li Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202402840