日益严重的气候问题需要更好的可再生能源收集设备解决方案。为了打破有史以来的最高记录，研究人员发现 KAUST 的有机传输层钙钛矿电池效率高达 21.5%。
沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）发明了一种基于有机电子传输层（ETL）的钙钛矿太阳能电池。此外，研究人员还使用了膦酸自组装单分子层（SAM）进行锚定。
该电池在标准光照条件下测试时，功率转换效率约为21.5%。研究团队表示，这是迄今为止报道的钙钛矿太阳能电池的最高效率，而且该电池还采用了有机电子传输层。
该器件的开路电压为1.13V，短路电流密度为24.7 mA cm 2。最后，其填充因子约为77%。
对这些改性分子进行的热重分析（TGA）表明，它们具有良好的热稳定性，重量损失很小。在356°C至268°C之间，平均重量损失仅约为5%。
该研究的主要作者Stefaan De Wolf表示：“所有自组装单层都旨在收集空穴，这对于 pin 极性结构的钙钛矿太阳能电池来说效果很好。”
“在这里，我们测试了考纳斯理工大学设计和合成的一系列电子选择性 SAM，发现这在 pin 极性钙钛矿太阳能电池中效果很好。因此，从本质上讲，用金属氧化物装饰 SAM 来调节电荷选择性的概念现已被证明对两种极性都有效。总的来说，这有很多优势，例如触点的低温可加工性。”
KAUST 研制出效率高达 21.5% 的钙钛矿太阳能电池
- 科学家使用由蒽醌（AQ）和萘二酰亚胺（NDI）组成的非富勒烯半导体。
- 使用的 2 个修改后的分子版本是 PAAQ 和 PANDI。
- 据他们介绍，这种分子可以与电池内的氧化铟锡 (ITO) 表面形成共价结合。这进一步使其与钙钛矿在能量上相匹配。
- 该电池采用 ITO 和玻璃基 基板.
- 它们还包括电子选择 SAM、基于 Spiro-OMeTAD 的空穴传输层 (HTL) 和钙钛矿吸收剂。此外，银金属与氧化钼 (MoOx) 层接触。
研究人员表示：“与裸露的ITO和ITO/SnO2薄膜相比，ITO表面SAM功能化的紫外-可见光透射结果表明，其光学损耗可以忽略不计。”
他们进一步补充道：“特别是，基于PANDI的自组装单分子层在ITO表面上的表面均匀性比PAAQ自组装单分子层更高。我们发现，ITO/PANDI表面均匀性的提高可以通过场效应钝化有效抑制非辐射界面复合，这体现在更长的载流子寿命和更高的QFLS值上。 ”
研究人员进一步解释说：“我们还在 65 C 下测试了基于 SAM 的设备的操作稳定性，其初始性能在 90 小时内保持率超过 1000%。”
他们认为PANDI自组装单分子层是未来最适合用于pin结构钙钛矿太阳能电池的候选材料。这是因为它们易于应用于柔性基底。
研究人员总结道：“基于 PANDI 的器件还表现出改进的长期运行热稳定性，证实了 PANDI SAM 有潜力作为 ETL 材料。”
