文章簡介

鈣鈦礦型太陽能電池的機械可靠性是保證其工作穩定性的重要因素，但這仍是一個嚴峻的挑戰。研究人員現在已經證明，界面自組裝單分子膜增加了鈣鈦礦和電荷傳輸層之間的粘附韌性，增強了器件的穩定性。

近日，瑞士弗里堡大學Jovana V. Mili?（通訊作者）等人在知名期刊Nature Energy上發表了題為“Get tougher”的評述性文章。

Nature Energy評述Science工作：鈣鈦礦型太陽能電池，變得更強！

混合鈣鈦礦型半導體的一個特點使其對光伏應用特別有吸引力，其中一個特點是在室溫下通過溶液處理來制造它們。這是因為它們的形成能低，但這使得這些材料變得柔軟和脆性。因此，鈣鈦礦和電荷傳輸層之間的界面在太陽能電池運行期間對分層特別敏感，這限制了它們的穩定性。

已經有許多嘗試通過使用界面層、添加劑和支架來解決這一限制。然而，鈣鈦礦和電荷傳輸層之間的界面仍然是太陽能電池退化的主要來源。Zhenghong Dai等人在《科學》雜志上撰文。報道了一種基于3-碘丙基三甲氧基硅烷(I-SAM)的自組裝單分子膜(SAM)，它在鈣鈦礦和電子傳輸層(ETL；圖a)之間的界面起到了分子膠的作用。

研究人員設計的策略有助于提高操作穩定性(圖b)。研究人員從穩定性數據推斷出壽命為4000小時，他們將穩定性的改善歸因于加入I-SAM后抑制了鈣鈦礦界面的不可逆降解，因為與對照系統相比，界面韌性增加了約50%(圖c)。粘接韌性的增加防止了脫層和空洞的形成，否則這些空洞就會通過器件傳播。

鈣鈦礦型太陽電池的界面增韌

Dai等人發現在鹵化自組裝膜上，通過控制機械性能，可以使鈣鈦礦太陽能電池的應用多樣化。例如，能夠提高設備的機械穩定性與柔性太陽能電池特別相關，考慮到可穿戴和智能自供電電子產品這一新興領域的擴張，柔性太陽能電池的發展變得越來越重要。柔性器件的運行特別依賴于機械穩定性，因為它需要堅固的界面，將機械變形對電荷傳輸的影響降至最低。而Dai等人雖然已經證明鹵化自組裝膜可以改善鈣鈦礦/ETL界面，但研究人員的方法有可能被擴展到增韌其他單獨的層和界面。

為了實現這一點，可以采用與鹵素鍵互補的多種非共價相互作用，例如更常用的氫鍵或選擇性金屬配位。這種超分子相互作用是有利的，因為它們有能力通過可逆的斷裂和重整進行自我修復。這可以實現更智能的技術，這些技術更強大，更能適應各種操作條件和機械應力。

總之，有必要在操作過程中跨器件各層監測材料的結構和光電特性的變化。這將提供對設計最佳界面材料至關重要的結構-性能關系的更多洞察力。分子設計和界面工程的進一步發展可以同時提高鈣鈦礦型太陽能電池的性能、操作穩定性和機械穩定性，為未來的應用提供了更多的可能。

文獻信息

Get tougher (Nature Energy, 2021, DOI: 10.1038/s41560-021-00901-x)

https://doi.org/10.1038/s41560-021-00901-x

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