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摘要
钙钛矿太阳能电池近年来发展迅速，其高效率、低成本和可制备大面积器件等优势，使其在未来能源领域拥有巨大潜力。然而，钙钛矿太阳能电池的稳定性问题仍然是阻碍其商业化应用的重要因素。
在钙钛矿太阳能电池中，NiOx作为一种常用的空穴传输材料，具有较好的导电性和光学透明性。但是，NiOx与钙钛矿之间的接口问题，例如接口接触不良、接口缺陷密度高等，会导致器件效率降低、稳定性下降。因此，如何改善NiOx/钙钛矿接口，提高器件性能和稳定性，成为该领域研究的热点。
论文的关键发现
孙世胜教授领导的中央研究院化学研究所团队，在最近发表在《NANO MICRO small》期刊上的论文中，提出了一种创新的解决方案，利用新型三苯并芴核心材料作为接口层，有效改善了NiOx/钙钛矿接口，提升了器件效率和稳定性。
该研究团队设计并合成了两种新型三苯并芴核心材料TRUX-D1和TRUX-D2，它们具有刚性平面C3对称结构，并在外围位置整合了供电子胺基。将TRUX-D分子作为界面层材料，应用于NiOx和钙钛矿之间的界面。
研究团队采用了光焱科技（Enlitech）的QE-R量子效率测试系统和Solar Simulator太阳光模拟器，对器件的性能进行了测试和评估。
研究结果表明，引入TRUX-D接口层可以显著改善钙钛矿的结晶质量，减少非辐射复合，加速电荷提取。 其中，TRUX-D1材料表现出最佳的性能，成功实现了高达20.8%的转换效率，并且具有出色的长期稳定性。
Figure S15. Hole only device measured by space-charge-limited-current (SCLC) where n =1 is ohmic region; n=2 is SCLC region; n > 3 is trap-filled-limit voltage (TFL) region. The device structures are ITO/NiOx/TRUX-D (with or without)/Perovskite/MoO3/Ag.
Figure S16. Tapping-mode AFM of perovskite spin coated on the ITO/NiOx, ITO/NiOx/TRUX-D1, and ITO/NiOx/TRUX-D2 substrates.
具体而言，TRUX-D1材料展现出了以下优势：
高效的电荷传输和提取：TRUX-D1的能级与NiOx和钙钛矿匹配良好，有利于电荷的快速传输和提取，减少了电荷积累和复合，这在使用光焱科技的QE-R量子效率测试系统进行的EQE测试中得到验证。
改善接口接触：TRUX-D1的分子结构可以有效地填补NiOx和钙钛矿之间的接口空隙，减少了接口缺陷，提高了接口接触的质量，从而提升了器件整体的效率，这在使用光焱科技的Solar Simulator太阳光仿真器进行的IV测试中得到了体现。
抑制非辐射复合：TRUX-D1可以有效地捕获钙钛矿中的激子，将其转化为自由载流子，降低了非辐射复合，提高了器件的量子效率。
除了高转换效率，TRUX-D1材料还展现出了优异的稳定性。 在氮气手套箱中放置210天后，器件的初始性能保持了98%，在湿度超过40%的环境中放置80天后，器件的初始性能仍保持了75.5%。这表明TRUX-D1材料能够有效抑制水分和氧气对器件的侵蚀，提高器件的长期稳定性。
研究成果的影响
- 突破了NiOx基反式钙钛矿太阳能电池的效率瓶颈，实现了20.8%的高转换效率。 这为NiOx基钙钛矿太阳能电池的应用提供了新的可能性。
- 成功地解决了钙钛矿太阳能电池的稳定性问题，延长了器件的寿命。 这为钙钛矿太阳能电池的商业化应用提供了重要保障。
- 为开发新型高效稳定的接口层材料提供了新的思路和方法。 这将进一步推动钙钛矿太阳能电池技术的进步。
这项研究成果不仅为提升钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性提供了新的思路，也为开发新型接口层材料奠定了基础。 未来，研究团队将继续探索更多高效稳定的界面层材料，进一步优化钙钛矿太阳能电池的性能，为其商业化应用做出更大的贡献。
Figure S17. a) J–V curves of NiOx /TRUX-D1 device (forward and reverse scan). b) Steadystate photocurrent output at the maximum power point of TRUX-D1 based device.
Figure S18. (a) J–V curves of NiOx /TRUX-D2 device (forward and reverse scan); (b) Steady-state photocurrent output at the maximum power point of TRUX-D2 based device.
未来展望
- 开发具有更高电荷传输效率和更优异稳定性的新型接口层材料。
- 优化钙钛矿太阳能电池的结构设计，例如引入多层接口层、构建异质结等。
- 研究不同类型的钙钛矿材料与接口层材料的组合，探索更高效稳定的器件结构。
相信随着技术的不断进步，钙钛矿太阳能电池将迎来更加广阔的应用前景，为解决全球能源问题做出更大的贡献。
