华体会体育在对界面材料、钙钛矿成分和器件结构进行了大量优化之后，单结钙钛矿太阳能电池 (PSC) 的功率转换效率 (PCE) 已超过 25%。在单片硅基串联太阳能电池中，带隙可调的钙钛矿半导体也实现了大于 30% 的高效率。为了提高掺杂效率，人们进行了各种尝试，通过合理设计取代的离子掺杂剂，如金属盐、自由基阳离子和路易斯酸。然而，这些添加剂仍然会对薄膜的稳定性产生不利影响，其在 PSC 中的性能仍然落后于 LiTFSI。为了避免掺杂有机薄膜中出现相分离现象，掺杂前驱体中应严格排除离子和挥发性物质，以实现令人满意的组分相容性，而分子掺杂可以实现这一点。首先，消除离子掺杂有利于减轻迁移引起的结构变形，抑制 HTL 的电性能退化。其次，分子混合物中成分的高度均匀性有利于器件中的电荷传输和收集。第三，有机材料的疏水性有利于防止水分进入，从而提高 HTL 阻隔保护的有效性。在以往的研究中，人们在真空和溶液处理 HTL 中探索了各种基于四氰基二甲烷（TCNQ）衍生物的分子掺杂剂，如 F4TCNQ、F6TCNQ等。然而，这些掺杂剂大多显示出类似的局限性，即器件效率较低（20%），这是为获得器件寿命而做出的权衡。虽然已经开发出一些用于 PSC 的无掺杂 HTM，但它们大多遇到材料成本高或器件性能不理想的问题。因此，迫切需要从根本上了解分子掺杂的机理，并优化掺杂配置，以获得高效稳定的 HTL。

　　来自厦门大学的学者战略性地引入了一种简单有效的分子植入辅助序贯掺杂（MISD）方法，以调节有机薄膜的空间掺杂均匀性，并制造出全蒸发的斯派罗-OMeTAD 层，从而实现无相分离的 HTL，同时具有高分子密度、均匀的掺杂成分和优异的光电特性。由此产生的基于 MISD 的器件达到了创纪录的 23.4% 功率转换效率 (PCE)，在所有采用蒸发 HTL 的 PSC 中达到了最高值。同时，未封装器件的稳定性也大大提高，在空气中工作 5200 小时，在光照下以最大功率点工作 3000 小时，仍能保持 90% 以上的初始 PCE。相关文章以“Sequential Molecule-Doped Hole Conductor to Achieve 23% Perovskite Solar Cells with 3000-Hour Operational Stability”标题发表在Advanced Materials。

　　图 1. A) 螺-OMeTAD、LiTFSI 和 tBP的化学结构。带有离子掺杂的溶液法螺-OMeTAD 的缺点。B)采用不同真空沉积技术制造 HTL 的过程，包括控制、SD 和 MISD。C) 利用 MISD 技术蒸发 HTL 的完整器件图像，以及控制、SD 和 MISD 薄膜中的掺杂机制示意图。

　　图 6. A) 基于不同 HTL 的器件在光浸泡过程中 PCE 的变化。B) 基于 SP 和 MISD 的未封装器件在相对湿度≈80% 的环境条件下储存的长期稳定性（注：PCE 代表光浸泡后的稳定效率）。C) 基于 SP、Control 和 MISD 的未封装器件在相对湿度≈30% 的干燥柜中储存的长期稳定性（注：PCE 代表光浸泡后的稳定效率）。D) 基于 SP 和 MISD 的未封装器件在氮气环境中 LED 照明下的长期运行稳定性。稳定性测试中使用的包光体成分基于 FA0.9MA0.03Cs0.07PbI2.76Br0.24。

　　本研究开发了一种简便的 MISD 方法，用于热沉积基于 Spiro-OMeTAD 的 HTL。MISD 工艺能在混合薄膜中获得高度均匀的掺杂，从而有效提高薄膜的导电性、能级排列和卓越的薄膜稳定性。因此，基于 MISD 的器件实现了 23.4% 的创纪录 PCE，这是目前已报道的使用所有蒸发 HTL 的 PSC 的最高 PCE。此外，MISD有利于消除后氧化和光浸泡过程，从而大大提高了器件的稳定性和可靠性。我们的研究结果为分子掺杂机制提供了新的见解，并为制造高效稳定的有机 HTL 提供了一种简便的掺杂方法。（文：SSC）