2025年11月21日，我校yl23455永利杨丽、张金宝课题组在国际顶级期刊《Joule》上发表题为“Redox-mediated solid-state doping of Spiro-OMeTAD for efficient and robust perovskite photovoltaics”的研究论文。
钙钛矿太阳能电池作为极具应用潜力的新一代光伏技术引起了广泛关注。然而，钙钛矿太阳能电池中有机空穴传输层受制于传统掺杂剂易挥发和不稳定性的问题，严重影响光伏器件的性能与寿命。其中，液态有机添加剂叔丁基吡啶（tBP）会造成钙钛矿腐蚀、空穴传输层薄膜结构变化等问题，而无机锂盐（如LiTFSI）在光照或加热条件下会发生离子迁移或锂盐聚集，这些问题会导致太阳能电池器件在高温或高湿度下性能衰减。尽管研究者们已尝试其它掺杂策略，但往往面临掺杂效率不足、工艺复杂或成本高昂等挑战。因此，开发一种高效、稳定且低成本的新型固态掺杂体系，成为钙钛矿光伏技术领域的重要研究课题。
针对上述问题，研究团队联合南京理工大学、中国科学院青岛生物能源与过程研究所，创新性提出一种氧化还原介导的纳米尺度固态掺杂策略（图1）。该研究采用多功能CuInS₂/ZnS量子点作为固态掺杂剂，实现了有机半导体材料Spiro-OMeTAD的高效稳定掺杂。本研究设计的CuInS₂/ZnS量子点具有独特的核壳结构，核内的Cu²⁺/Cu⁺氧化还原活性中心可促进Spiro-OMeTAD⁺阳离子自由基的形成，提升空穴传输薄膜导电性能。ZnS壳层通过未配位硫位点有效固定Li⁺离子，抑制离子迁移与相分离。这种氧化还原介导的电荷转移与离子固定双重机制，不仅摆脱了传统掺杂对氧气依赖的限制，还显著增强了空穴传输层的结构与电学稳定性。
该固态掺杂策略成功消除了液体添加剂tBP的使用，也获得了26.34%的第三方认证效率，器件在运行2000小时后保持90%以上性能。此掺杂方法解决了传统液态掺杂剂的挥发性、氧敏感性和结构不稳定性等根本性难题，为有机半导体材料掺杂提供了新思路。该策略有望推动钙钛矿光伏技术向高效率、高稳定性和大面积制造的方向加速发展，为钙钛矿光伏技术的商业化应用奠定坚实基础。
图1. 固态掺杂方法的原理及应用效果示意图
以上研究成果永利官网为第一完成单位，yl23455永利2020级博士生张翠平为本文第一作者。研究工作得到国家自然科学基金、深圳市科创委、江西省自然科学基金、永利官网校长基金等项目资助。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435125003988
