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　　华北电力大学李美成最新Joule：新型电解掺杂技术破解钙钛矿太阳电池效率与稳定性难题

Cell Press论文速递

 

　　物质科学Physical science北京时间2025年9月3日，华北电力大学李美成教授团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Joule上发表了一篇题为“Controllable electrolysis doping of organic semiconductors for stable perovskite solar cells”的研究成果。该成果提出了一种有机半导体材料的创新掺杂策略，广泛适用于Spiro等多种有机半导体，为有机半导体材料的电学性能调控及在光电子器件领域的应用开辟了新方向。
 
　　
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　　在光伏技术领域，钙钛矿太阳能电池（PSCs）凭借高吸光性、长载流子扩散长度等优势备受关注，但有机半导体空穴传输层（HTL）的传统掺杂方式一直是性能提升的 “绊脚石”。目前，高效PSCs常用的空穴传输材料以Spiro-OMeTAD为代表，这类材料想要实现高导电性与适配的能级结构，必须依赖LiTFSI等掺杂剂，且需经历复杂的氧化过程。此外，为保证掺杂效率，需加入大量LiTFSI，而氧化后残留的Li⁺极具破坏性——它们易受湿度影响，会迁移并穿透钙钛矿薄膜，直接导致器件稳定性骤降。
　　
　　针对这一困境，华北电力大学李美成团队提出了电解掺杂的新策略，电解掺杂新策略，为解决这一难题带来了突破。该策略的核心在于以电子和空穴作为“氧化还原剂”构建电解体系实现双重关键作用。在阳极将有机半导体（如常用的Spiro）氧化为离子自由基，同时在阴极将Li⁺还原为Li原子，实现了掺杂量的精准调控与Li⁺的高效去除。
　　
　　结果显示，采用电解掺杂Spiro的正式PSCs，光电转换效率（PCE）达26.16%，在25%相对湿度下储存5000小时仍保持 97% 初始效率；而使用电解掺杂PTAA的反式PSCs，PCE达25.57%，连续1个太阳光下工作1400小时后保持初始效率的91%。该成果提出了一种有机半导体材料的创新掺杂策略，广泛适用于Spiro等多种有机半导体，为有机半导体材料的电学性能调控及在光电子器件领域的应用开辟了新方向。
　　
　　图1. 电解掺杂策略及机制图
　　
　　2. 空穴传输层电学性能图