微观分析阐明了钙钛矿太阳能电池成本效益材料的性能限制

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筑波大学的研究人员利用电子自旋共振（ESR）在微观层面分析了因高效率而备受关注的钙钛矿太阳能电池中使用的低成本材料的内部特性。
研究结果阐明了尽管局部电荷迁移率较高但器件性能下降的根本原因，为设计改进的太阳能电池提供了关键见解。该研究发表在《通讯材料》上。
钙钛矿太阳能电池是一种很有前途的下一代太阳能技术，因为它具有高效的光电转换效率。然而，2,2,'7,7'-四（N,N-二对甲氧基苯胺）-9,9'-螺二芴（spiro-OMeTAD）——一种常见的空穴传输材料——具有合成复杂、成本高等局限性。
为了解决这些挑战，研究人员开发出了N 3，N 3，N 11，N 11 -四(4-甲氧基苯基)[1,4]苯并恶嗪并[2,3,4-kl]吩恶嗪-3,11-二胺 (HND-2NOMe)，一种经济高效、易于合成的空穴传输材料。
HND-2NOMe 分子具有准平面结构，使其能够以一维重叠的方式排列，从而促进电荷转移。尽管表现出较高的电荷迁移率，但采用 HND-2NOMe 的钙钛矿太阳能电池表现出性能限制，例如电流降低，其原因尚不清楚。
筑波大学的研究人员利用 ESR 研究了含有 HND-2NOMe的钙钛矿太阳能电池性能限制的根本机制，重点研究了该材料在微观尺度上的内部特性。
他们发现，在没有光照的情况下，空穴会从钙钛矿迁移到 HND-2NOMe，在钙钛矿/HND-2NOMe 界面形成能量屏障。该屏障阻碍了空穴流动，导致性能受限。此外，含有 HND-2NOMe 的太阳能电池在太阳照射下空穴积累减少，这有助于空穴传输功能的稳定性。
在保持功能稳定的同时找出导致性能限制的因素是一项重大突破，对于制定旨在提高器件性能的制造指南具有重要意义。此外，上述发现将为推进钙钛矿太阳能电池技术的未来研究和开发奠定宝贵的基础。