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研究背景

鈣鈦礦太陽能電池（PVSCs）因其在柔性設備、疊層太陽能電池等領域的廣泛應用前景而備受關注。與傳統的硅基太陽能電池相比，鈣鈦礦太陽能電池具有更高的功率轉換效率、更低的生產成本等顯著優點。然而，鈣鈦礦與電子傳輸層（ETLs）之間的界面重組和離子遷移問題仍然是限制其效率和穩定性提升的主要因素，這些問題嚴重影響了其在實際應用中的長期耐久性和商業化進程。

成果簡介

為了解決這一問題，香港城市大學任廣禹院士團隊、Chaowei Zhao以及香港理工大學殷駿教授等人合作在《Science Advances》上發表題為“Molecularly tailorable metal oxide clusters ensured robust interfacial connection in inverted perovskite solar cells”的最新論文。

該團隊設計并合成了一系列分子可調的鈦氧化物集群（CTOCs），作為鈣鈦礦與C60電子傳輸層之間的界面層，旨在增強鈣鈦礦與C60之間的相互作用。利用這些精確控制結構的鈦氧化物集群，不僅能夠有效鈍化鈣鈦礦表面的缺陷，還能形成均勻的覆蓋網，固定C60，從而構建出一個強健的界面耦合結構。通過這種設計，該團隊成功地提升了鈣鈦礦太陽能電池的性能，獲得了25.6%的功率轉換效率（PCE），并且無需額外的表面鈍化處理。

此外，這些未封裝的器件在光照、熱和偏壓下表現出卓越的穩定性，在1500小時的最大功率點跟蹤后，仍能保持98%的初始PCE。這些研究成果展示了該集群在提升鈣鈦礦太陽能電池效率和穩定性方面的巨大潛力，為開發高效鈣鈦礦光伏材料和界面層提供了新的思路和解決方案。

研究亮點

1. 實驗首次設計并合成了一系列分子可調節的鈦氧集群（CTOCs），并將其用作鈣鈦礦太陽能電池（PVSCs）的界面層，得到了具有精確結構控制、良好載流子遷移率和可調功能的集群材料。

2. 實驗通過將這些集群應用于鈣鈦礦和C60電子傳輸層（ETL）之間的界面，成功實現了表面缺陷的鈍化，并形成了均勻的覆蓋層，增強了鈣鈦礦與C60之間的相互耦合。結果表明，CTOC集群能夠有效地減少界面重組和離子遷移問題。

3. 在反向結構的鈣鈦礦太陽能電池中，采用該集群的器件達到25.6%的功率轉換效率（PCE），無需額外的表面鈍化處理。同時，未封裝的設備在光照、熱和偏壓條件下表現出優異的穩定性，1500小時最大功率點跟蹤后仍保持98%的初始PCE。

圖文導讀

圖1. 集群的晶體結構和性質。

圖2. 集群、鈣鈦礦和C60之間的相互作用。

圖3. 設備性能。

圖4. 穩定性評估。

總結展望

本文的研究通過精細的器件制備和深入的表征方法，揭示了有機-無機雜化鈣鈦礦材料在光電領域中的潛力，尤其是在光伏器件中的應用。通過多步驟的洗滌、涂布和退火處理，成功制備了高質量的鈣鈦礦薄膜，優化了其光電性能。此外，研究還通過高精度的表征技術，如XPS、XRD、AFM和電子顯微鏡等，系統地分析了材料的結晶結構、表面形態及電荷傳輸特性。這些結果表明，精確控制鈣鈦礦薄膜的微觀結構和界面特性，對提高光伏器件的性能具有至關重要的作用。更為重要的是，本文提出的利用分子簇修飾鈣鈦礦薄膜的方法為改善材料穩定性和提高器件效率提供了新的思路。同時，通過理論計算與實驗數據的結合，進一步探索了材料與界面之間的相互作用機制，為未來高效光伏材料的設計和優化提供了有力的理論支持。

文獻信息

Fengzhu Li et al. ,Molecularly tailorable metal oxide clusters ensured robust interfacial connection in inverted perovskite solar cells.Sci. Adv.10,eadq1150(2024).

原創文章，作者：zhan1，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2025/01/14/3b61eb8e9c/

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