钙钛矿太阳能电池空穴传输层Sprio-OMeTAD最新Nature Photonics

一、导读

Sprio-OMeTAD是目前广泛应用的空穴传输材料之一，但通常需要掺杂Li盐（LITFSI）来促进空穴的移动、提高电导率。其应用领域包括但不限于染料敏化太阳能电池，钙钛矿太阳能电池，此外基于Spiro-OMeTAD制备的钙钛矿太阳能电池（PSCs）效率不断创出新高。尽管如此，掺杂的可控性及暴露在外界刺激下的Spiro-OMeTAD稳定性限制PSCs长期稳定性及商业化应用。掺杂Li盐的过程需要空气或氧气的激活，所以外界环境很大程度决定了掺杂的过程。然而，由于Li盐的亲水性，其高温下引起薄膜结晶及Li离子扩散并影响其它功能性材料，导致了Spiro-OMeTAD空穴传输层寿命降低。人们试图在空穴传输层中掺杂其他材料，开发无掺杂的空穴传输材料来解决问题，但是制备出的太阳能电池效率却并不能达到记录效率。受到锂离子电池中硫醇能够保持结构稳定性的启发，本文作者尝试添加1-十二烷基硫醇来解决Spiro-OMeTAD的Li掺杂带来的问题。

二、成果掠影

传统的Spiro-OMeTAD空穴材料需要掺杂Li盐来增加电导率，但是Li盐的掺杂往往需要将其置放于外界环境，并且Li盐掺杂可能引起薄膜结晶，其亲水性影响了器件的性能和长期稳定性。为此，本文作者在Spiro-OMeTAD添加1-十二烷基硫醇 (DDT) ，发现DDT的加入有利于形成高效、可控的掺杂过程并减少掺杂时间，并且DDT和Li盐的协同作用增加了掺杂浓度，减少了掺杂剂在界面的累积，提高了空穴传输层的结构稳定性及湿、热、光稳定性。基于DDT处理后的Sprio-OMeTAD制备的PSCs冠军效率达到了23.1%。第一作者为Xu Liu，通讯作者为Xiaojing Hao, Martin Green教授，通讯单位为澳大利亚新南威尔士大学，相关文章以“Perovskite solar cells based on spiro-OMeTAD stabilized with an alkylthiol additive”发表在Nature Photonics上。

三、核心创新点

在Spiro-OMeTAD空穴层中掺杂DDT，使得掺杂过程更加可控、高效，大大提高了空穴传输层的稳定性。

四、数据概览

图一：DDT添加剂对p-掺杂的影响©2022 The authors

图二：DDT添加剂对锂化合物的影响 ©2022 The authors

图三：DDT添加剂对器件性能的影响 ©2022 The authors

图四：DDT添加剂对湿度稳定性的影响©2022 The authors   

图五：DDT添加剂对热稳定性的影响 ©2022 The authors

图六：DDT 添加剂对光稳定性的影响©2022 The authors

五、成果启示

空穴传输层Spiro-OMeTAD中LITFSI掺杂带来的稳定性问题一直限制着其在钙钛矿太阳能电池稳定性测试中的表现。控制LITFSI掺杂所需要的氧化过程，限制可能的Li离子扩散至其他功能材料，以及减缓LITFSI的亲水性导致钙钛矿太阳能电池的湿度稳定性较差等问题，使得开发新型掺杂剂成为了关键。DDT的掺杂可以氧化Spiro-OMeTAD空穴传输层，提高空穴传输层的疏水性，通过配位将LITFSI固定在空穴传输层并维持其结构稳定性，还可以抑制离子迁移，因此器件的湿度、光、热稳定性得以大大提升，为钙钛矿太阳能电池的商业化提供了指导。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-022-01111-x

By 搬砖仔儿