浙理工徐凌波ACS：前沿突破！n-i-p型鈣鈦礦太陽能電池中自組裝分子“掌控”埋底界面復(fù)合電子效應(yīng)

主要內(nèi)容

在鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的研究版圖里，鈣鈦礦層與功能層間埋底界面處的缺陷所引發(fā)的界面復(fù)合問題，恰似橫亙在科研道路上的“巨石”，長久以來讓眾多科研人員“望而卻步”，亟待找到搬開這塊“巨石”的有效辦法。而引入自組裝分子（SAMs）構(gòu)建分子橋，宛如為攻克這一難題點亮了一盞“希望之燈”，其核心原理在于借助化學(xué)鈍化作用，將導(dǎo)致非輻射復(fù)合的界面缺陷“一網(wǎng)打盡”。然而，在過往的研究探索中，SAMs對輻射復(fù)合的影響卻如同被遺忘在角落的“寶藏”，未得到應(yīng)有的關(guān)注。

01

科研“探險”：引入獨特自組裝分子

浙江理工大學(xué)徐凌波教授、崔燦教授以及浙江大學(xué)倪朕伊教授帶領(lǐng)其科研團(tuán)隊，宛如一群勇敢的“探險家”，在n-i-p型鈣鈦礦太陽能電池的埋底界面處，大膽引入兩種分子構(gòu)型相似，卻有著截然不同給電子/吸電子特性的自組裝分子——3 - 噻吩硼酸（TBA）和4 - 吡啶硼酸（PBA）。

實驗結(jié)果就像一場精彩的“魔術(shù)表演”，令人驚嘆不已：盡管這兩種自組裝分子在鈍化缺陷方面都展現(xiàn)出了強(qiáng)大的“魔力”，但基于它們制備的鈣鈦礦太陽能電池卻呈現(xiàn)出天壤之別的性能變化——基于PBA的電池性能如火箭般“一飛沖天”，顯著提升；而基于TBA的電池性能卻似坐了“滑梯”，有所下滑。這一鮮明對比，瞬間點燃了團(tuán)隊進(jìn)一步探索真相的熱情。

02

探尋“密碼”：揭示電子效應(yīng)作用

為了揭開這奇妙現(xiàn)象背后的“神秘密碼”，團(tuán)隊展開了深入細(xì)致的機(jī)理研究。原來，具有給電子特性噻吩基團(tuán)的TBA，就像一個熱情過度的“電子給予者”，會誘導(dǎo)SnO?電子傳輸層發(fā)生n型摻雜，使得電子傳輸層中的電子密度如同決堤的洪水般大幅增加，進(jìn)而引發(fā)了嚴(yán)重的界面輻射復(fù)合，這無疑給電池的整體性能“潑了一盆冷水”。

相反，具有吸電子特性吡啶基團(tuán)的PBA則如同一個冷靜的“電子收集者”，表現(xiàn)出完全相反的作用，有效地優(yōu)化了界面性能，為電池性能的提升“添磚加瓦”。這些發(fā)現(xiàn)充分證明，自組裝分子的電子效應(yīng)在埋底界面復(fù)合過程中，除了具備缺陷鈍化這一“基礎(chǔ)技能”外，還擁有著影響電池性能的“隱藏大招”。這也提醒我們，在利用自組裝分子優(yōu)化埋底界面工程時，**像技藝高超的“雜技演員走鋼絲”一樣，精準(zhǔn)地權(quán)衡這兩種效應(yīng)，才能讓電池性能達(dá)到**的“平衡狀態(tài)”。

03

打破認(rèn)知：指引未來研究方向

綜合來看，該團(tuán)隊將這兩種具有不同給電子和吸電子特性的自組裝分子（SAMs）應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）埋底界面處構(gòu)建分子橋。雖然二者都能像“清潔工”一樣，有效減少界面缺陷、抑制非輻射復(fù)合，但基于它們的電池性能卻大相徑庭。

具有給電子特性噻吩基團(tuán)的TBA增加了電子傳輸層（ETL）中的電子密度，引發(fā)了嚴(yán)重的界面輻射復(fù)合，如同給電池性能的“引擎”塞進(jìn)了雜物，導(dǎo)致整體性能下降；而具有吸電子特性吡啶基團(tuán)的PBA則能增強(qiáng)界面載流子分離，減輕開路電壓（Voc）損失，如同為電池性能的“翅膀”注入了動力，*終提升電池性能。

這一研究結(jié)果猶如一顆投入平靜湖面的“巨石”，挑戰(zhàn)了“在埋底界面處引入鈍化性自組裝分子可普遍提升鈣鈦礦太陽能電池性能”的傳統(tǒng)認(rèn)知。團(tuán)隊強(qiáng)調(diào)，在設(shè)計用于n-i-p型鈣鈦礦太陽能電池的高效分子橋時，應(yīng)將電子效應(yīng)（即給電子/吸電子能力）作為一項關(guān)鍵的“評估標(biāo)尺”，為未來的研究開辟了新的“航道”。

文獻(xiàn)信息

Electronic Effect of Self-Assembled Molecules on Buried Interface Recombination in n-i-p Perovskite Solar Cells

Liu Zhang、Chenyu Wang、Yunxiao Wei、Jie Chen、Haimeng Xin、Hengyu Zhang、Tiantian Liu、Ping Lin、Peng Wang、Xiaoping Wu、Xuegong Yu、Zhenyi Ni、Can Cui、Lingbo Xu

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5c09978

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