用于钙钛矿光伏组件的矩阵限制分子层

《Nature》：A matrix-confined molecular layer for perovskite photovoltaic modules

钙钛矿太阳能电池通过SAM-in-matrix策略优化电荷传输层，利用三氟苯硼烷基质分散自组装分子，解决聚集和疏水性问题，降低纳米空穴缺陷，提升大面积组件效率至20.05%。

　　

摘要

具有优异光电特性的金属卤化物钙钛矿已成为提升光伏发电效率的有力候选材料。随着研究电池的转换效率（PCE）达到与商业化硅电池相当的水平^1-3，钙钛矿太阳能电池（PSCs）的工业化已指日可待^4,5。然而，大多数采用自组装分子（SAMs）的高效钙钛矿太阳能电池仍面临分子聚集和疏水性的挑战。本文提出了一种“SAM-in-matrix”策略，将部分自组装分子分散在稳定的三（五氟苯基）硼烷基体中，从而有效缓解了分子堆积导致的聚集问题。二维晶格蒙特卡洛模拟和实验结果表明，这种策略能够形成高效的电荷传输通道。基于这种“SAM-in-matrix”空穴传输层（HTL）的器件在多种自组装分子体系下均表现出更高的效率，同时具备良好的表面覆盖率和导电性，并显著减少了纳米孔隙的形成。此外，该策略在可规模化生产方面具有显著的应用潜力。在FTO/NiO_x基底上采用这种HTL结构，有助于制备出晶体质量优异、NiO_x导电性得到提升的大面积钙钛矿薄膜。最终实现了1米×2米的大面积钙钛矿太阳能组件，其认证转换效率达到了20.05%。