通过氧化还原反应实现的Spiro-OMeTAD固态掺杂，用于高效且稳定的钙钛矿光伏器件

《Joule》：Redox-mediated solid-state doping of Spiro-OMeTAD for efficient and robust perovskite photovoltaics

固态掺杂策略提升钙钛矿太阳能电池性能与稳定性，采用铜铟硫量子点替代液态掺杂剂，实现26.34%高效和2000小时90%以上性能保持。

　　

背景与规模

钙钛矿太阳能电池是一种具有前景的低成本光伏技术，但其商业化受到关键组件不稳定性的限制，尤其是空穴传输层。目前最先进的设备依赖于易挥发、对湿气敏感的掺杂剂，并且需要长时间暴露在空气中才能激活。这些限制不仅限制了设备的寿命，也给大规模生产带来了挑战。本研究介绍了一种使用硫化铜铟量子点的固态掺杂策略，作为稳定的氧化还原介质来替代传统的液态掺杂剂。通过实现无需氧气的掺杂并抑制离子迁移，该方法达到了26.34%的创纪录效率，并在连续运行2000小时后仍保持超过90%的初始性能。这项技术为解决钙钛矿光伏的基本稳定性问题提供了一条可行的途径，为高性能、耐用的光伏产品的广泛应用奠定了基础。

亮点

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固态氧化还原掺杂消除了易挥发的添加剂

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Cu²⁺/Cu⁺氧化还原中心实现了高效可靠的掺杂

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量子点掺杂剂抑制了离子迁移并提高了稳定性

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该设备实现了26.34%的效率以及出色的运行稳定性

总结

高效n-i-p型钙钛矿太阳能电池（PSCs）本质上依赖于掺杂的2,2′,7,7′-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二氟蒽（Spiro-OMeTAD）作为空穴传输层（HTL）。然而，掺杂剂（叔丁基吡啶[tBP]和锂双(三氟甲磺酰)酰亚胺[LiTFSI]）会导致HTL的能量级紊乱和形态退化，阻碍了技术进步。在此，我们提出了一种使用多功能CuInS₂/ZnS量子点（CISQDs）的氧化还原介导的纳米级固态掺杂策略，以提升HTL的性能和运行稳定性。CISQD中的Cu²⁺/Cu⁺氧化还原活性中心促进了Spiro-OMeTAD^?+阳离子的形成，从而实现了高效的电荷收集。此外，ZnS壳层上的未配位硫原子作为离子陷阱，有效固定了Li⁺离子，进一步增强了HTL的结构稳定性。基于这种非挥发性固态掺杂策略，无需tBP的设备实现了26.34%的认证功率转换效率，并表现出前所未有的运行可靠性。这些设备在连续1太阳光照下运行2000小时后仍保持了超过90%的初始性能。本研究为光电设备中有机材料的可靠掺杂提供了一种通用方法。

图形摘要