华北电力大学戴松元：25.28% 螺旋型SAM 倒置钙钛矿电池和组件
华北电力大学戴松元：25.28% 螺旋型SAM 倒置钙钛矿电池和组件
（钙钛矿细化领域请查看合集）
学术前沿
钙钛矿太阳能电池（PSCs）作为一种有前景的光伏技术，因其高功率转换效率和相对较低的制造成本而受到关注。然而，为了实现广泛的应用，进一步提升它们的性能和稳定性是必要的。在这一领域中，高效的空穴传输层在实现这些目标中扮演着关键角色。
华北电力大学戴松元&刘雪朋&丁勇&阿卜杜拉国王科技大学Mohammad Khaja Nazeeruddin&瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的Bin Ding开发了一种新型的螺环型自组装单层（SAM），名为4PA-Spiro。这种SAM具有正交的螺环[acridine-9,9'-fluorene]作为骨架和磷酸作为锚定基团。与常规的4PACz相比，4PA-Spiro基于PSCs展现出更优越的性能，并实现了25.28%的功率转换效率（PCE）。此外，基于4PA-Spiro的PSCs还展现出了卓越的长期稳定性，这对于它们的实际应用和商业化至关重要。
实验结果表明，与4PACz的PCE（22.10%）相比，基于4PA-Spiro的PSCs展现了更高的PCE（25.28%），并且经过认证为24.81%。此外，4PA-Spiro使得大面积PSCs和模块实现了24.11%（1.0 cm²）和21.89%（29.0 cm²）的PCE，分别是迄今为止倒置PSC模块的最高PCE之一，为高效、稳定和大规模倒置PSCs的商业化提供了有效的SAM候选材料。
图1：（a）4PACz和（f）4PA-Spiro的化学结构。（b）4PACz和（g）4PA-Spiro的优化结构（侧视图）。（c）4PACz和（h）4PA-Spiro的电静势表面势能。（d）4PACz和（i）4PA-Spiro的计算最高占据分子轨道（HOMO）分布。（e）4PACz和（i）4PA-Spiro的计算最低未占据分子轨道（LUMO）分布。（k）4PACz和4PA-Spiro在In2O3表面上的平衡分子表示的顶视图。（l）4PA-Spiro作为HTM与ITO和钙钛矿相互作用的示意图。
图2：（a）不同SAMs锚定在ITO上的Kelvin探针力显微镜（KPFM）图像和（b）曲线。（c）4PACz和4PA-Spiro涂覆在ITO基底上的导电原子力显微镜（C-AFM）。（d）不同扫描速率下SAMs的循环伏安（CV）曲线。（e）通过CV测量计算分子吸附密度。
图3：（a）4PA-Spiro和4PACz在DMF溶剂中的紫外-可见吸收光谱。（b）4PACz的UPS光谱截止区和（c）起始区。（d）4PA-Spiro的UPS光谱截止区和（e）起始区。（f）不同SAMs的PSCs能级图。
图4：（a）表现最佳的带有4PACz和4PA-Spiro的PSCs的J-V曲线。（b）基于4PACz和4PA-Spiro的PSCs的PCE统计分布。（c）基于4PA-Spiro的PSCs的EQE光谱和积分JSC曲线。（d）在环境空气中，封装的PSCs在AM 1.5 G照射下连续最大功率点跟踪。（e）不同SAMs上钙钛矿在埋藏界面的TRPL衰减。（f）不同SAMs上沉积的钙钛矿薄膜的PLQY。（g）SCLC，（h）EIS和（i）Mott-Schottky图，带有4PACz和4PA-Spiro作为HTMs的PSCs。
图5：封装的4PACz和4PA-Spiro基设备（a）热稳定性，（b）湿度稳定性，（c）长期环境稳定性和（d）操作稳定性。（e）大面积（1.0 cm²）PSCs的J-V曲线。（f）PSC模块（29.0 cm²）的J-V曲线。
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