新型多功能空穴传输材料助力蒸镀法制备PCE超过26%的钙钛矿太阳能电池

清华大学易陈谊团队开发了一种钙钛矿太阳能电池，该电池采用了一种新的空穴传输材料，有望提高效率和稳定性，同时确保可扩展的制造技术。

研究小组表示，这种名为T2的新型有机空穴传输材料比传统材料(如spiro-OMeTAD)具有性能优势，因为它的特点，包括独特的电子、结构和化学性质，协同提高了空穴提取的效率，并显著减少了钙钛矿层界面上的电荷复合。

与传统的旋涂法不同，该电池采用蒸镀法制备钙钛矿薄膜，该钙钛矿薄膜制造工艺可适用于大规模生产。

科学家们以spiro-[fluorene-9,9′-xanthene]为核心，并以硫甲基取代fluorene为臂结构，合成了T2。这种组合据说比更昂贵的 spiro-ometad 提供更好的能带对齐和空穴提取。

研究人员用氟掺杂氧化锡(FTO)、基于氧化锡(SnO₂)的电子传输层(ETL)、钙钛矿吸收体、基于T2的空穴传输层(HTL)和金(Au)金属触点制成的衬底制造了电池。

在标准照明条件下测试，该器件的功率转换效率为26.41%，开路电压为1.175 V，短路电流密度为26.47 mA cm⁻²，填充系数为84.94%。相比之下，基于spiro-OMeTAD的HTL基准电池的效率为24.43%，开路电压为1.154 V，短路密度为25.94 mA cm−2，填充因子为81.57%。

研究人员表示，在空穴传输层的“可选”材料中，这一结果表现是这些钙钛矿太阳能电池中效率最高的。据报道，由于抑制了离子迁移和由此产生的化学反应，基于T2的电池在连续照明、热加热和环境空气中储存时比基于spiro-OMeTAD的电池表现出更好的稳定性。

研究人员还表示，他们能够确定改进的空穴提取的原子起源，他们将其归因于更好的能级排列和钙钛矿吸收剂在界面和T2能级的价带最大值之间重叠的部分局部电子态密度(LDOS)。

研究人员还表示，他们能够确定改进的空穴提取的原子起源，他们将其归因于更好的能带对齐和钙钛矿吸收剂在界面和T2能级的价带最大值之间重叠的部分局部电子态密度(LDOS)。

利用这种电池结构，该团队还构建了一个衬底尺寸为5 × 5 cm²的微型太阳能组件，据报道，该组件的效率为21.45%，开路电压为4.385 V，短路电流密度为6.41 mA cm⁻²，填充系数为76.31%。