2025年11月，上海交通大学溥渊未来技术学院/张江高等研究院戚亚冰教授联合冲绳科学技术大学院大学、合肥工业大学等多家单位，在钙钛矿太阳能电池领域取得重要突破。相关研究成果以“Synergistic versatile bistriflimide salts in light-accelerated spiro-OMeTAD oxidation and perovskite module photovoltaics engineering”为题发表于学术期刊《Nature Communications》上，为钙钛矿太阳能电池中空穴传输层（HTL）的现存挑战提供了核心解决方案。
在n-i-p构型钙钛矿太阳能电池中，spiro-OMeTAD因能级匹配性好、成膜性优异，长期以来都是主流的空穴传输层材料。然而，其传统掺杂体系（以LiTFSI为掺杂剂、以tBP为添加剂）存在三大核心瓶颈：一是其中的锂离子迁移会加速器件性能衰减，导致太阳能电池运行稳定性差；二是spiro-OMeTAD的氧化掺杂需依赖空气中的氧气，难以精准控制掺杂程度；三是tBP的强腐蚀性会破坏钙钛矿表层结构，造成界面电荷复合加剧。这些问题严重阻碍了该类器件向规模化、实用化方向发展。
针对上述这些问题，该研究创新性地提出了“光加速氧化掺杂（LODT）”策略，通过铵盐类TFSI掺杂物在光照下产生质子，实现spiro-OMeTAD的高效氧化，显著提升了空穴传输层导电性。该技术巧妙采用THF部分替代腐蚀性较强的tBP作为溶剂，既解决了铵盐溶解问题，又避免了传统溶剂对钙钛矿层的破坏。同时，团队构建了“双TFSI添加剂协同”体系：在钙钛矿前驱体中引入KTFSI，通过调控结晶过程使晶粒尺寸从不足500 nm增长至1μm以上，降低了电子和空穴缺陷态密度；在钙钛矿表面采用OATFSI进行钝化处理，形成热稳定的2D钙钛矿层，水接触角从2.9°提升至66.1°，大幅增强了器件抗湿性。
图1 光加速氧化掺杂（LODT）策略及TFSI盐协同调控钙钛矿光伏器件的机制示意图
通过这一优化策略，团队研制的钙钛矿太阳能电池组件（PSM）在12.83 cm2有效面积上实现了20.95%的认证光电转换效率，跻身无锂spiro-OMeTAD空穴传输层组件的顶尖水平。更值得关注的是，未封装的小面积器件在干燥氮气环境下连续运行700小时后，仍保持初始效率的97%；封装器件在45℃条件下的T90寿命达到491小时，65℃环境下太阳能电池组件的T75寿命达到500小时，解决了传统器件效率与稳定性难以兼顾的难题。此外，该技术兼容刮涂等规模化制备工艺，组件放大过程中效率损失极小，展现出极强的工业应用潜力。
图2 基于LODT策略的钙钛矿光伏组件（PSM）性能与稳定性方面的实验结果
日本冲绳科学技术大学院大学张家豪博士为论文第一作者，上海交通大学溥渊未来技术学院/张江高等研究院戚亚冰教授、冲绳科学技术大学院大学Luis K. Ono博士、合肥工业大学童国庆教授为论文共同通讯作者。该研究工作得到了来自上海交通⼤学溥渊未来技术学院、上海交通大学张江高等研究院、冲绳科学技术大学院大学等项目的支持。
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