河北師大趙晉津組AS：利用手性有機分子構(gòu)建高性能反式鈣鈦礦太陽能電池

手性分子因具有獨特的分子結(jié)構(gòu)和化學性質(zhì)，在鈍化鈣鈦礦太陽能電池界面及促進電荷傳輸方面展現(xiàn)出顯著的潛力。然而，關(guān)于不同手性結(jié)構(gòu)對鈣鈦礦薄膜鈍化機制及其光電效應的具體影響，仍需深入研究。為填補這一研究空白，河北師范大學化學與材料 科學學院的趙晉津教授和武明星教授帶領團隊，開展了一項針對手性分子在鈣鈦礦太陽能電池中應用的研究。

本研究選用了手性R型、S型和消旋體甲基芐基氯化銨（MBACl）分子，對鈣鈦礦太陽能電池的界面缺陷進行處理。通過一系列表征實驗，包括X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）觀察以及透射電子顯微鏡（TEM）分析，我們發(fā)現(xiàn)S-MBACl分子在鈣鈦礦表面展現(xiàn)出*強的螯合能力和缺陷鈍化效果。

表征結(jié)果表明，S-MBACl分子不僅通過其官能團有效結(jié)合鈣鈦礦表面未配位的Pb2?離子，還形成了強氫鍵，從而顯著降低了鈣鈦礦薄膜中的缺陷密度。此外，添加S-MBACl后，載流子壽命和擴散長度均得到顯著延長，優(yōu)化了鈣鈦礦與電荷傳輸層之間的能級排列，促進了高效的載流子提取。

為進一步驗證S-MBACl的鈍化效果，他們利用原位開爾文探針力顯微鏡（KPFM）對修飾前后的鈣鈦礦薄膜進行了測量。結(jié)果顯示，S-MBACl修飾的鈣鈦礦薄膜在暗態(tài)和光照狀態(tài)下的表面電勢差顯著增加，從39.67毫伏提高至129.91毫伏，增幅達227%。這一結(jié)果表明，S-MBACl有效地促進了電子和空穴的分離，從而提高了太陽能電池的性能。

基于上述研究成果，他們制備了基于S-MBACl修飾的鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）。這些器件的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）達到了24.06%，相較于純鈣鈦礦樣品提高了近10個百分點（即提高了109%）。更為重要的是，在氮氣氛圍中于25°C下老化2400小時后，未經(jīng)封裝的S-MBACl修飾鈣鈦礦太陽能電池的PCE仍保持在初始值的89%以上，顯示出良好的長期穩(wěn)定性。

本研究不僅揭示了手性S-MBACl分子在鈍化鈣鈦礦表面缺陷方面的重要作用，還為后續(xù)探索其他手性鈍化分子提供了有價值的參考和啟示。相信這一研究成果將為鈣鈦礦太陽能電池的性能優(yōu)化開辟新的途徑，推動太陽能光伏技術(shù)的進一步發(fā)展和應用。未來將繼續(xù)深入研究手性分子在鈣鈦礦太陽能電池中的鈍化機制，以期為實現(xiàn)更高性能的太陽能電池提供理論和技術(shù)支持。

文獻信息：

Constructing High-Performance Inverted Perovskite Solar Cells Using Chiral Organic Molecules

Zixuan Shang, Jinbao Han, Hongliang Dong, Mengxi Lv, Qianru Zhang, Zhiqiang Chen, Mingxing Wu, Jinjin Zhao

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202417550

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