科學(xué)通報 | 鈣鈦礦太陽電池的性能優(yōu)化“利器”：錨定組裝型空穴傳輸材料研究梳理

反式鈣鈦礦太陽電池制備工藝簡單、性能優(yōu)異 , 并且可與其他光伏電池制備高效率疊層器件, 已成為極具商業(yè)化前景的新型光伏技術(shù)。近年來, 錨定組裝型空穴傳輸材料已經(jīng)成為反式鈣鈦礦太陽電池中的研究熱點。這類材料可在透明導(dǎo)電氧化物電極上形成均勻的薄膜, 最大程度減少電荷傳輸損耗和光學(xué)損失, 從而同時提高鈣鈦礦太陽電池的開路電壓、填充因子和短路電流, 顯著提升光電轉(zhuǎn)化效率。此外, 錨定組裝型空穴傳輸材料具有分子自組裝特性, 可精準(zhǔn)調(diào)控界面性質(zhì), 優(yōu)化與鈣鈦礦層的能級匹配, 降低電荷復(fù)合, 同時改善薄膜的均勻性與穩(wěn)定性。

華東理工大學(xué)吳永真教授團隊在《科學(xué)通報》撰寫評述文章，從錨定組裝型空穴傳輸分子的末端基團、連接基團和錨定基團三個部分系統(tǒng)討論了分子結(jié)構(gòu)與應(yīng)用性能之間的關(guān)系, 綜述了反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽電池中錨定組裝型空穴傳輸材料的研究進(jìn)展，分析了該類材料面臨的應(yīng)用挑戰(zhàn)并展望未來發(fā)展方向，為其理性設(shè)計與實際應(yīng)用提供了重要參考。

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圖1(a) 鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu); (b) 反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖; (c) 正式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽電池的結(jié)構(gòu)示意圖; (d) PEDOT:PSS和PTAA的分子結(jié)構(gòu); (e) SAMs的分子結(jié)構(gòu)示意圖

圖2(a) V1036和C4的分子結(jié)構(gòu); (b) ITO基底、PTAA修飾的ITO和100% V1036 SAM修飾的ITO的紫外-可見吸收光譜 (c) 2PACz、MeO-2PACz、Me-4PACz的分子結(jié)構(gòu); (d) HTM能級排布示意圖

圖3(a) DC-PA和IAHA的分子結(jié)構(gòu); (b) Br-2PACz的分子結(jié)構(gòu); (c) I-2PACz的分子結(jié)構(gòu); (d) MeO-4PADBC的分子結(jié)構(gòu); (e) 采用2PACz或I-2PACz修飾的ITO/鈣鈦礦界面的GC; (f) 4PADCB的共軛結(jié)構(gòu)降低咔唑的平面性的示意圖; (g) Ph-2PACz的分子結(jié)構(gòu)

圖4(a) LS1的分子結(jié)構(gòu); (b) MPA-CPA、MePA-CPA和TPA-CPA的分子結(jié)構(gòu); (c) MPA-CPA、MePA-CPA和TPA-CPA與寬帶隙鈣鈦礦的能級排布; (d) TBT-BA的分子結(jié)構(gòu); (e) Br-2EPO、Br-2EPT、Br-2EPSe的分子結(jié)構(gòu); (f) TPA-PT-C6和CA-Br的分子結(jié)構(gòu); (g) PTZ-CPA的分子結(jié)構(gòu); (h) Py3的分子結(jié)構(gòu); (i) SAX的分子結(jié)構(gòu)

圖5(a) xPATAT-Cy系列分子結(jié)構(gòu); (b) 常規(guī)單錨定基團和多錨定基團的SAM的分子排列取向示意圖(d) 3CATAT-C3和3PATAT-C3的共沉積機理示意圖

圖6(a) Cz-CA、TPA-CA、MPA-CA分子結(jié)構(gòu); (b) MeO-2PACz和Cz-CA的DFT計算結(jié)果對比圖; (c) MeO-PhPACz的分子結(jié)構(gòu); (d) Me-4PACz和Me-PhpPACz的分子結(jié)構(gòu)

圖7(a) 膦酸與金屬氧化物透明電極的吸附機理; (b) 有/沒有共吸附劑SAM沉積的示意圖; (c) 通過CA-Br共吸附改善鈣鈦礦前驅(qū)體在HTLs上的浸潤性; (d) 2F的化學(xué)結(jié)構(gòu); (e) 基于吩噻嗪的HTMs TPT-S6、TPT-C6、TPT-P6、TPT-H6的化學(xué)結(jié)構(gòu); (f) 硼酸SAMs(R=甲基(MTPA-BA))的結(jié)構(gòu)示意圖; (g) S-BA的化學(xué)結(jié)構(gòu)

圖8(a) 兩親性MPA-CPA分子的分子結(jié)構(gòu); (b) MPA-CPA分子在ITO玻璃襯底上的雙層堆疊示意圖; (c) 優(yōu)化的鈍化表面的結(jié)構(gòu); (d) 計算得到的缺陷分子構(gòu)型和鈍化分子構(gòu)型區(qū)域的電子局域化函數(shù)圖像; (e) 乙醇和DMF依次清洗的ITO表面連接羥基上SAM的沉積和脫附示意圖, 點線代表弱氫鍵; (f) 用乙醇和DMF先后清洗后, SAM (2PACz)在ITO上的覆蓋度; (g) 使用MeO-2PACz和DC-TMPS的PSCs中鈣鈦礦/ SAM/ALD ITO/ITO的構(gòu)型示意圖

文章信息

章樂源, 李依蓉, 蔡虹, 占禮慶, 吳永真*. 鈣鈦礦太陽電池中錨定組裝型空穴傳輸材料研究進(jìn)展. 科學(xué)通報, 2026, 71(1): 78-92

doi: 10.1360/CSB-2025-5154

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