今日Nature重磅：吹一口CO2，提升100倍导电性！

钙钛矿太阳能电池目前已经实现了高达25.5%的功率转换效率，接近硅电池的最高效率。

在钙钛矿太阳能电池中，夹在吸收层和电极之间的电荷提取层通常是掺杂的有机半导体。当前，spiro-OMeTAD作为最经典也是应用最多的一种空穴传输层材料，它的电性能显著影响太阳能电池的电荷收集效率。

为了提高spiro-OMeTAD的导电性，通常在spiro-OMeTAD溶液中添加双（三氟甲烷）磺酰亚胺锂（LiTFSI）掺杂剂，然后将spiro-OMeTAD：LiTFSI混合薄膜暴露在空气和光照下进行氧化处理。

在这个过程中，氧化产物用作p型掺杂物。这些传统的氧化过程依赖于非常缓慢的O₂进入并通过 spiro-OMeTAD:LiTFSI 扩散，这通常需要几个小时到一天，取决于环境条件。此外，氧化锂副产物会降低最终太阳能电池的稳定性。因此这些因素阻碍了钙钛矿太阳能电池的商业化。

为了降低原始spiro-OMeTAD:LiTFSI 薄膜后处理的时间成本，纽约大学André D. Taylor等报告了一种快速且可重复的掺杂方法，在紫外光下对spiro-OMeTAD:LiTFSI溶液进行二氧化碳 (CO₂ )鼓泡一分钟来预掺杂spiro-OMeTAD。CO₂从光激发的spiro-OMeTAD中获得电子，迅速氧化半导体。带负电的CO₂气体然后与锂离子反应，形成碳酸盐，在使用前可以很容易地从溶液中滤出。经过 CO₂处理的空穴层具有比原始薄膜高出约100 倍的电导率，同时无需任何空气和光后处理即可实现稳定、高效的钙钛矿太阳能电池。这种掺杂工艺将器件的制造时间缩短了几个小时，同时从太阳能电池中去除了潜在的有害化合物。该方法还可用于掺杂其他 π 共轭聚合物。相关结果以“CO₂ doping of organic interlayers for perovskite solar cells”为题发表在Nature期刊上。

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图1：空穴传输材料的气体辅助掺杂和反应产物的光学特性

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图2：原始和掺杂spiro-OMeTAD 的电子结构，以及CO₂掺杂过程中产生的沉淀物分析

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图 3：掺杂和沉淀反应

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图4：使用原始和气体处理过的空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池性能

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图5：使用原始或 CO₂掺杂聚合物空穴层的钙钛矿太阳能电池性能

Kong, J., Shin, Y., Röhr, J.A. et al. CO2 doping of organic interlayers for perovskite solar cells. Nature 594, 51–56 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03518-y

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