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鈣鈦礦太陽能電池目前已經實現了高達25.5%的功率轉換效率，接近硅電池的最高效率。

在鈣鈦礦太陽能電池中，夾在吸收層和電極之間的電荷提取層通常是摻雜的有機半導體。當前，spiro-OMeTAD作為最經典也是應用最多的一種空穴傳輸層材料，它的電性能顯著影響太陽能電池的電荷收集效率。

為了提高spiro-OMeTAD的導電性，通常在spiro-OMeTAD溶液中添加雙（三氟甲烷）磺酰亞胺鋰（LiTFSI）摻雜劑，然后將spiro-OMeTAD：LiTFSI混合薄膜暴露在空氣和光照下進行氧化處理。

在這個過程中，氧化產物用作p型摻雜物。這些傳統的氧化過程依賴于非常緩慢的O₂進入并通過 spiro-OMeTAD:LiTFSI 擴散，這通常需要幾個小時到一天，取決于環境條件。此外，氧化鋰副產物會降低最終太陽能電池的穩定性。因此這些因素阻礙了鈣鈦礦太陽能電池的商業化。

為了降低原始spiro-OMeTAD:LiTFSI 薄膜后處理的時間成本，紐約大學André D. Taylor等報告了一種快速且可重復的摻雜方法，在紫外光下對spiro-OMeTAD:LiTFSI溶液進行二氧化碳 (CO₂?)鼓泡一分鐘來預摻雜spiro-OMeTAD。CO₂從光激發的spiro-OMeTAD中獲得電子，迅速氧化半導體。帶負電的CO₂氣體然后與鋰離子反應，形成碳酸鹽，在使用前可以很容易地從溶液中濾出。經過 CO₂處理的空穴層具有比原始薄膜高出約100 倍的電導率，同時無需任何空氣和光后處理即可實現穩定、高效的鈣鈦礦太陽能電池。這種摻雜工藝將器件的制造時間縮短了幾個小時，同時從太陽能電池中去除了潛在的有害化合物。該方法還可用于摻雜其他 π 共軛聚合物。相關結果以“CO₂?doping of organic interlayers for perovskite solar cells”為題發表在Nature期刊上。

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圖1：空穴傳輸材料的氣體輔助摻雜和反應產物的光學特性

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圖2：原始和摻雜spiro-OMeTAD 的電子結構，以及CO₂摻雜過程中產生的沉淀物分析

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圖 3：摻雜和沉淀反應

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圖4：使用原始和氣體處理過的空穴傳輸材料的鈣鈦礦太陽能電池性能

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圖5：使用原始或 CO₂摻雜聚合物空穴層的鈣鈦礦太陽能電池性能

Kong, J., Shin, Y., R?hr, J.A. et al. CO2 doping of organic interlayers for perovskite solar cells. Nature 594, 51–56 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03518-y

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