单结锡铅混合钙钛矿太阳能电池（single-junction mixed Sn-Pb PSCs，~ 1.2 eV）具有较高的理论功率转换效率（PCE，~ 30%），也是实现高达41%理论PCE的无机钙钛矿多结串联太阳能电池中的关键组分。长期以来，Sn-Pb钙钛矿太阳能电池依赖于聚乙撑二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT: PSS）作为空穴传输材料（HTM），然而，PEDOT:PSS的酸性和吸湿性导致锡铅钙钛矿二价锡的氧化和薄膜成膜质量不高，限制了该类电池的稳定性和商业应用。
近期，软物质高精尖中心蔡元婧课题组开发了一种新型多功能空穴传输材料羧基噻咯。该材料展现出独特的功能特性：一方面，由于其与Sn-Pb钙钛矿存在良好的能级匹配和优良的空穴传输作用，可作为空穴传输层；另一方面，该材料能够与ITO基底、Sn-Pb钙钛矿发生螯合作用，显著减少界面缺陷从而增强界面钝化；此外，在该功能材料薄膜基底上形成的Sn-Pb钙钛矿薄膜成膜质量更好（图1），从而提升了Sn-Pb钙钛矿薄膜的结晶度、降低了功函、减少了锡铅钙钛矿中锡的氧化。实验结果表明，用该材料取代PEDOT: PSS实现了单结Sn-Pb PSCsPCE的显著提升，达到了23.2%（图2），使全钙钛矿叠层太阳能电池PCE达到了25.8%。另外，采用该材料的太阳能电池能够在自然环境条件下维持长期稳定性（图3）。
图1.以多功能空穴传输材料羧基噻咯基底形成Sn-Pb钙钛矿薄膜的质量表征：a)羧基与Sn-Pb螯合作用；b) XRD；c,d)SEM；e,f) KPFM
图 2.基于羧基噻咯对比PEDOT:PSS空穴传输材料的单结Sn-Pb钙钛矿太阳能电池的器件性能：a)正反扫 J-V曲线；b) 35个器件性能参数统计分析；c)稳态功率输出效率（SPO）；d)外量子效率（EQE）；e) 封装器件长期工作稳定性 (MPPT)
图 3.羧基噻咯取代PEDOT:PSS的全钙钛矿叠层太阳能电池的器件性能：a) 器件结构（插图：隧穿层溅射ITO后的基底图）；b)器件截面扫描电镜分析（Cross-sectional SEM）；c) 正反扫 J-V曲线和SPO；d) 封装器件MPPT
该工作以“Multi-Functional Silole Hole Transport Layer for Efficient and Stable Lead-Tin Perovskite and Tandem Solar Cells”为题发表在《Adv. Mater.》期刊上。一作唯一通讯为北京化工大学软物质高精尖中心蔡元婧特聘研究员。本研究工作得到了国家自然科学基金、科技部高端外专引智计划，北京市自然科学基金的支持，以及加拿大安大略省研究基金卓越研究计划和加拿大自然科学与工程委员会的部分支持。感谢来自多伦多大学、北京大学、华南理工大学以及北京化工大学等所有合作者对该研究工作的贡献。
文章信息：
Y. Cai, A. Maxwell, C. Li, E. D. Jung, L. Zeng, B. Kumral, P. Serles, Z. Tan, R. Yu, S. Boccia, M. Chen, C. Jiang, D. Chen, Y. Liu, Z. Wang, L. Grater, Multi-Functional Silole Hole Transport Layer for Efficient and Stable Lead-Tin Perovskite and Tandem Solar Cells, Adv. Mater. 2024, DOI: 10.1002/adma.202411968.
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202411968