浙理工徐凌波ACS：前沿突破！n-i-p型鈣鈦礦太陽(yáng)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(yáng)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?cè)诳蒲械缆飞系摹熬奘保L(zhǎng)久以來(lái)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(diǎn)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(guò)往的研究探索中，SAMs對(duì)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(xiǎn)”：引入獨(dú)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(duì)，宛如一群勇敢的“探險(xiǎn)家”，在n-i-p型鈣鈦礦太陽(yáng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果就像一場(chǎng)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(yáng)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(duì)比，瞬間點(diǎn)燃了團(tuán)隊(duì)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(duì)展開了深入細(xì)致的機(jī)理研究。原來(lái)，具有給電子特性噻吩基團(tuán)的TBA，就像一個(gè)熱情過(guò)度的“電子給予者”，會(huì)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(wú)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(gè)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(guò)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(shí)，**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(lái)研究方向

綜合來(lái)看，該團(tuán)隊(duì)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(yáng)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(dòng)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(yáng)能電池性能”的傳統(tǒng)認(rèn)知。團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)，在設(shè)計(jì)用于n-i-p型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的高效分子橋時(shí)，應(yīng)將電子效應(yīng)（即給電子/吸電子能力）作為一項(xiàng)關(guān)鍵的“評(píng)估標(biāo)尺”，為未來(lái)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

- 產(chǎn)品咨詢及購(gòu)買請(qǐng)聯(lián)系我們 -