【ZiDongHua 之“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈”收錄關(guān)鍵詞： 華北電力大學(xué) SiC 半導(dǎo)體】
　　

　　華北電力大學(xué)李美成最新Joule：新型電解摻雜技術(shù)破解鈣鈦礦太陽(yáng)電池效率與穩(wěn)定性難題

Cell Press論文速遞

 

　　物質(zhì)科學(xué)Physical science北京時(shí)間2025年9月3日，華北電力大學(xué)李美成教授團(tuán)隊(duì)在Cell Press細(xì)胞出版社旗下期刊Joule上發(fā)表了一篇題為“Controllable electrolysis doping of organic semiconductors for stable perovskite solar cells”的研究成果。該成果提出了一種有機(jī)半導(dǎo)體材料的創(chuàng)新?lián)诫s策略，廣泛適用于Spiro等多種有機(jī)半導(dǎo)體，為有機(jī)半導(dǎo)體材料的電學(xué)性能調(diào)控及在光電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了新方向。
 
　　
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　　在光伏技術(shù)領(lǐng)域，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）憑借高吸光性、長(zhǎng)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度等優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注，但有機(jī)半導(dǎo)體空穴傳輸層（HTL）的傳統(tǒng)摻雜方式一直是性能提升的 “絆腳石”。目前，高效PSCs常用的空穴傳輸材料以Spiro-OMeTAD為代表，這類(lèi)材料想要實(shí)現(xiàn)高導(dǎo)電性與適配的能級(jí)結(jié)構(gòu)，必須依賴(lài)LiTFSI等摻雜劑，且需經(jīng)歷復(fù)雜的氧化過(guò)程。此外，為保證摻雜效率，需加入大量LiTFSI，而氧化后殘留的Li?極具破壞性——它們易受濕度影響，會(huì)遷移并穿透鈣鈦礦薄膜，直接導(dǎo)致器件穩(wěn)定性驟降。
　　
　　針對(duì)這一困境，華北電力大學(xué)李美成團(tuán)隊(duì)提出了電解摻雜的新策略，電解摻雜新策略，為解決這一難題帶來(lái)了突破。該策略的核心在于以電子和空穴作為“氧化還原劑”構(gòu)建電解體系實(shí)現(xiàn)雙重關(guān)鍵作用。在陽(yáng)極將有機(jī)半導(dǎo)體（如常用的Spiro）氧化為離子自由基，同時(shí)在陰極將Li?還原為L(zhǎng)i原子，實(shí)現(xiàn)了摻雜量的精準(zhǔn)調(diào)控與Li?的高效去除。
　　
　　結(jié)果顯示，采用電解摻雜Spiro的正式PSCs，光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）達(dá)26.16%，在25%相對(duì)濕度下儲(chǔ)存5000小時(shí)仍保持 97% 初始效率；而使用電解摻雜PTAA的反式PSCs，PCE達(dá)25.57%，連續(xù)1個(gè)太陽(yáng)光下工作1400小時(shí)后保持初始效率的91%。該成果提出了一種有機(jī)半導(dǎo)體材料的創(chuàng)新?lián)诫s策略，廣泛適用于Spiro等多種有機(jī)半導(dǎo)體，為有機(jī)半導(dǎo)體材料的電學(xué)性能調(diào)控及在光電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)辟了新方向。
　　
　　圖1. 電解摻雜策略及機(jī)制圖
　　
　　2. 空穴傳輸層電學(xué)性能圖