戚亚冰NC:20.95%认证PCE!协同多功能胺盐实现光加速spiro-OMeTAD氧化和钙钛矿组件工程新突破

主要内容

2,2’,7,7 - 四 [N,N - 二 (4 - 甲氧基苯基) 胺]-9,9’- 螺二芴（spiro-OMeTAD）仍是高效 n-i-p 型钙钛矿光伏器件中应用最广泛的空穴传输层（HTL）材料。然而，传统配方（即采用双 (三氟甲烷磺酰) 亚胺锂（LiTFSI）与 4 - 叔丁基吡啶（tBP）掺杂的 spiro-OMeTAD）存在器件运行稳定性不佳的关键瓶颈。对此，上海交通大学戚亚冰研究员、合肥工业大学童国庆教授与冲绳科学技术大学院大学 Luis K. Ono 博士等人牵头的跨机构联合团队，开发了一种基于三氟甲磺酰亚胺（TFSI）盐独特预掺杂策略的整体解决方案，通过螺二芴类空穴传输层（spiro-HTL）中的光氧化掺杂处理（LODT）实现，可有效避免空气后氧化过程 。

团队采用四氢呋喃（THF）调控体系，以三氟甲磺酰亚胺铵（NH₄TFSI）与三氟甲磺酰亚胺辛胺（OATFSI）复配体系替代传统 LiTFSI，并显著减少 tBP 的用量，通过紫外光激活成功实现了高效质子介导掺杂。在系统阐明 TFSI 盐中阴离子与阳离子的协同作用机制后，团队进一步将三氟甲磺酰亚胺钾（KTFSI）作为功能添加剂引入钙钛矿前驱体溶液，同时利用 OATFSI 对钙钛矿表面进行精准钝化处理，最终构建出稳定的 TFSI 钝化钙钛矿表面，同步优化了器件的能级匹配。采用该协同策略的器件不仅滞后效应显著降低，运行稳定性更实现跨越式提升 —— 经权威认证，有效面积 12.83 cm² 的钙钛矿太阳能组件（PSMs）光电转换效率（PCE）达 20.95%，跻身基于无锂 spiro-OMeTAD 空穴传输层的**组件行列；未封装的钙钛矿太阳能电池（PSCs）在连续运行 700 小时后，性能仅轻微衰减，仍保持初始效率的 93%，展现出优异的长期服役潜力。

该协同整体策略借助多功能 TFSI 基添加剂体系，既突破了传统 spiro-OMeTAD 基器件稳定性差的行业痛点，又展现出与大面积组件制备工艺的良好兼容性。更为重要的是，戚亚冰、童国庆、Luis K. Ono 联合团队通过这项研究，为 n-i-p 型钙钛矿光伏器件中 TFSI 基添加剂的多功能应用提供了独特学术视角，系统阐明了其通过光掺杂优化 spiro-HTL 导电性、调控钙钛矿界面作用的核心机理。此外，从产业化制备的成本分析与工艺兼容性角度来看，该策略具备明确的实际技术应用价值，为钙钛矿光伏技术的规模化落地提供了重要支撑。

文献信息

Synergistic versatile bistriflimide salts in light-accelerated spiro-OMeTAD oxidation and perovskite module photovoltaics engineering

Jiahao Zhang, Xiaomin Liu, Haifei Wang, Penghui Ji, Shuai Yuan, Hengyuan Wang, Ting Guo, Silvia Mariotti, Ilhem Nadia Rabehi, Xiaomin Huo, Tianhao Wu, Congyang Zhang, Chenfeng Ding, Liliia Moshniaha, Kirill Mitrofanov, Dominik Madea, Ryota Kabe, Dandan Song, Zheng Xu, Zhuangzhi Wu, Yun Li, Yixin Zhao, Tongle Bu, Guoqing Tong, Luis K. Ono & Yabing Qi

https://www.nature.com/articles/s41467-025-66752-2

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