AM：通过旋节线分解形成聚（3-己基噻吩-2,5-二基）/钙钛矿异质界面，实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池

第一作者：杨育倩

通讯作者：吴季怀*，Mohammad Khaja Nazeeruddin *

单位：华侨大学材料物理化学研究所,环境友好功能材料教育部工程研究中心；中国科学院海西研究院厦门稀土材料研究所；西北工业大学柔性电子前沿科学中心；德国亥姆霍兹柏林材料与能源中心；中国科技大学微电学院；洛桑联邦理工学院化学科学与工程学院。

钙钛矿太阳能电池（PSCs）的最佳转换效率不逊于成熟的硅太阳能电池（SSCs）。然而，由于PSCs是多相多组分系统，其相应的界面能量损失和载流子损失严重影响器件的性能和稳定性，从而使PSCs的工业发展明显滞后于SSCs。在这项研究中，通过旋节线分解，原位引入了一种具有相互渗透结构的聚(3-己基噻吩-2,5-二基)/钙钛矿（P3HT/PVK）异质界面到PSCs中，从而同时减轻能量和载流子损失，使n-i-p结构的器件实现了24.53%的功率转换效率（认证为23.94%）和良好的稳定性。这项研究为高效稳定的PSCs及其他光电器件的界面优化提供了方向，加速PSCs的工业化进展。

近日，来自华侨大学的吴季怀教授与洛桑联邦理工学院的Mohammad Khaja Nazeeruddin教授合作，在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Poly(3-hexylthiophene)/perovskite Heterointerface by Spinodal Decomposition Enabling Efficient and Stable Perovskite Solar Cells”的观点文章。这项研究提出了一种新型异质界面（聚(3-己基噻吩-2,5-二基)/钙钛矿，简称P3HT/PVK）的优化策略，显著减少了PSCs的界面能量和载流子损失，从而提升器件的功率转换效率和稳定性。

有机p型半导体P3HT和钙钛矿（PVK）之间的物理接触不良，阻碍了有效的载流子传输。本研究采用P3HT的氯苯溶液作为反溶剂，将其至钙钛矿DMSO-DMF溶液时，氯苯萃取了钙钛矿前体形成PVK相，留下的PVK和P3HT混合物处于旋节线分解区域。为降低系统的ΔG，发生了上坡扩散，P3HT和PVK分子分别形成富P3HT和富PVK相，交织成相互渗透的网络结构，在钙钛矿和空穴传输层之间构建异质界面。通过TEM和SEM图像分析证实P3HT/PVK具有高度互连的异质界面结构的存在。结合软X射线吸收光谱等光谱手段，进一步分析了P3HT/PVK异质界面各成分的横向纵向分布，证实了形成明显的PVK富集和P3HT富集区域的旋节线分布特征。

通过旋节线分解制备P3HT/PVK异质界面，可以有效减小界面的能量和载流子损失。一方面P3HT作为一种p-型材料，使得P3HT/PVK异质界面与空穴传输层之间的能量偏移减小，减少能量损失。另一方面， P3HT会在界面形成空穴的传输通道，促进载流子传输和抑制非辐射复合。

该研究通过引入P3HT/PVK异质界面优化了钙钛矿太阳能电池性能。优化后的PSCs可实现了24.53% (认证效率23.94%)的光电转换效率(PCE)。P3HT/PVK异质界面也提高了水分、热和光等环境稳定性。该研究还验证了P3HT/PVK异质界面在不同结构PSCs中的适用性，为实现高效、稳定的钙钛矿太阳能电池提供了新途径。

该研究通过自旋分解构建了一种新型的钙钛矿异质界面（P3HT/PVK），在太阳能电池中取得了显著的性能提升。这一异质界面有效降低了能量损失，提供了高效的电荷传输通道，并减缓了有害的电荷复合过程。相较于传统器件，具有P3HT/PVK异质界面的太阳能电池表现出更高的光电转换效率和更强的环境稳定性。这一研究为未来高效光伏器件和光电子应用提供了新的设计思路。

Poly(3-hexylthiophene)/perovskite Heterointerface by Spinodal Decomposition Enabling Efficient and Stable Perovskite Solar Cells

吴季怀 教授简介：华侨大学前副校长，现任环境友好功能材料教育部工程研究中心主任、福建省光电功能材料重点实验室主任、华侨大学材料物理化学研究所所长。长期从事材料化学和能源化学的科学研究和高等教育，在新型太阳能电池、新型储能电池、光催化纳米材料、超吸水材料、色心激光晶体等领域取得国际先进水平的研究成果。1998年至1999年留学日本东北大学。先后主持国家863项目、国家重点科技项目、国家自然科学基金重点项目等国家级项目16项，省部级科研项目20项。在Chem Rev、Chem Soc Rev、Nature Nanotech、Adv Mater、JACS等期刊发表SCI论文600多篇，被SCI引用23000多次，H-因子72。获授权国家发明专利30件。科研成果获省部级一等奖2项、二等奖6项、三等奖5项。培养博士生获国家优秀博士学位论文提名奖2次、福建省优秀博士学位论文奖8次。教学成果获福建省教学成果特等奖2项、一等奖2项。获厦门市教育系统校长管理奖。2014至今连续九年入选Elsevier中国高被引学者，入选Clarivate全球高被引科学家，入选英国皇家化学会（RSC）Top 1 %高被引中国作者；获“国务院特殊津贴专家”、“全国优秀科技工作者”、“全国‘五一’劳动奖章”、“全国优秀青年化学奖”、“卢嘉锡优秀导师奖”、“全国优秀青年化学奖”、“福建省科技创新领军人才（首批入选）”、“福建省高层次A类人才（首批入选）”、“福建省优秀专家”、“福建省教学名师”、“福建省劳动模范”等荣誉。

Mohammad Khaja Nazeeruddin (纳兹鲁丁)教授简介：欧洲科学院院士、英国皇家化学会会士、瑞士洛桑联邦理工学院教授。1987 年开始在瑞士洛桑连邦理工学院（EPFL）从事研究工作（EPFL 是世界著名的钙钛矿太阳能电池研发中心），主要研究方向是钙钛矿太阳电池、发光二极管、二氧化碳减排和制氢等。被Times Higher Education评选为钙钛矿太阳能电池研发领域世界前十科学家被汤森路透评为2014、2015、2017、2018 年世界最具影响力科学思想的学者。发表了780余篇论文，10 本书籍章节，是 82 项专利的发明人/共同发明人，总引用次数为114175，h 指数为 152，2016 年被 Science 杂志评选为世界最高被引科学家（排名第五）。

杨育倩 博士简介：于2021年在华侨大学材料科学与工程学院获得博士学位，目前在德国亥姆霍兹柏林材料与能源中心（HZB）从事博士后研究工作。主要研究方向为钙钛矿材料、无机半导体纳米材料等新型光电材料与器件的设计与优化。在Advanced Materials、Acs Energy letters、Nano Energy、Small、Journal of Materials Chemistry A 和ACS Applied Materials & Interfaces等国际期刊上发表学术论文25篇。目前从事基于机器学习的高性能铅锡混合钙钛矿太阳能电池开发和器件老化机制的相关研究工作。

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