新材料界面科學與工程教育部重點實驗室有機光電課題組郭鹍鵬教授團隊在提升空穴傳輸材料熱應力穩(wěn)定性和鈣鈦礦太陽能電池耐用性研究領域取得重要研究進展。研究成果以“Heterogeneous Amine with Polycyclic-Aromatics-Modified Hole Transport Material for Efficient and Operationally Durable Perovskite Solar Cells”為題，發(fā)表在國際頂級學術期刊《Advanced Functional Materials》(影響因子18.5)。該論文的第一署名單位為太原理工大學，我校碩士研究生羅楊和浙江大學博士研究生李天宇為論文共同第一作者，郭鹍鵬教授和普林斯頓大學博士后研究員任宇桐為論文共同通訊作者。

圖1.論文頁面截圖

鈣鈦礦太陽能電池作為一種新型太陽能電池，其低成本、高光電轉換效率和可溶液制備等優(yōu)點，吸引了科研界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關注。然而，鈣鈦礦太陽能電池在濕熱、光照等條件下差的耐用性制約了其實際應用。在明確商業(yè)化空穴傳輸材料Spiro-OMeTAD低的玻璃化轉變溫度是造成空穴傳輸層形貌熱應力不穩(wěn)定，進而導致電池器件耐用性差的主要問題基礎上，研究團隊提出稠環(huán)異質胺修飾螺環(huán)外圍提升空穴傳輸材料性能的策略。

圖2.稠環(huán)異質胺提升空穴傳輸材料和空穴傳輸層性能對比

如圖2所示，再將萘和芴衍生物制備的異質胺作為外圍基團引入螺環(huán)核心上后，新制備的空穴傳輸材料Spiro-NADF與具有同質胺外圍的空穴傳輸材料Spiro-OMeTAD相比，其玻璃化轉變溫度、空穴遷移率、內(nèi)聚能以及與鈣鈦礦之間的能級對準都得到了提升。相應的，以Spiro-NADF制備的空穴傳輸層與鈣鈦礦之間界面作用更強、在濕熱條件下的形貌穩(wěn)定性更好、抑制離子遷移和保護鈣鈦礦能力也更高。

圖3. Spiro-OMeTAD和Spiro-NADF制備的鈣鈦礦太陽能電池的性能和穩(wěn)定性對比

以Spiro-NADF制備的鈣鈦礦太陽能電池獲得了24.66%的光電轉換效率和1.190 V的開路電壓，在最大功率點連續(xù)光照、溫度為85 ℃、濕度為70-90%等條件下工作500小時后仍能保持初始效率的92%以上，表現(xiàn)出好的耐用性。這項工作指出了稠環(huán)異質胺修飾在提升空穴傳輸材料自身性能和提高鈣鈦礦太陽能電池耐用性方面還有很大提升空間。

本工作得到國家自然科學基金面上項目（22372114）和山西省自然科學基金面上項目（202203021211143）的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202419849