太原理工在钙钛矿太阳能电池研究领域取得新成果

近日，太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室有机光电课题组郭鹍鹏教授团队在氟化空穴传输材料提升钙钛矿太阳能电池效率和稳定性研究领域取得重要研究进展。研究成果以“Simultaneous Interfacial Defect Passivation and Free-Volume Reduction by Fluorinated Hole Transport Materials for High-Performance Perovskite Solar Cells”为题，发表在国际顶级学术期刊《Advanced Materials》。该论文的第一署名单位为太原理工大学，通讯作者为郭鹍鹏教授、中科院沈阳金属所邱建航教授和陕西师范大学刘治科教授，论文共同第一作者为我校硕士研究生邢艺凡、李芷君以及陕西师范大学硕士研究生李永哲。

钙钛矿太阳能电池（PSCs）作为一种新型太阳能电池，其低成本、高的光电转换效率和可溶液制备等优点，吸引了科研界和产业界的广泛关注。然而，钙钛矿层与空穴传输材料（HTM）之间的界面缺陷和自由体积对PSCs的效率和稳定性具有关键影响。为了解决上述界面问题，研究团队通过策略性地调控基于 N,N′-双咔唑（BCz）的HTM分子中的氟原子的分布，分别在其外围基团上不对称和对称引入氟原子，合成了AdF-BCz和SdF-BCz两个HTM。结合实验表征和原子分子动力学模拟，发现AdF-BCz相较于无氟取代的NF-BCz和对称氟取代的SdF-BCz，表现出更优异的界面缺陷钝化稳定性，以及与钙钛矿表面更强的粘附力。此外，AdF-BCz还能减少界面自由体积，促进更紧密的界面接触，有效抑制离子迁移和钙钛矿降解。

基于AdF-BCz的PSCs实现了25.35%的光电转换效率，优于SdF-BCz（23.12%）和NF-BCz（24.20%）制备的器件。未封装的AdF-BCz器件在30%相对湿度下2000小时后仍保持97%的初始效率，在85°C加热300小时后还可保持82%的初始效率。

本工作得到国家自然科学基金面上项目（22372114）和山西省自然科学基金面上项目（202203021211143）的支持。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202513884