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吉大王曉峰ACS Photonics.：DAMs分子雙足錨定策略，使NiOx基鈣鈦礦太陽能電池效率飆升！發(fā)表時間：2025-06-17 14:25
主要內(nèi)容 吉林大學(xué)物理學(xué)院王曉峰教授和李愛軍教授帶領(lǐng)其團隊，針對氧化鎳（NiOx）在倒置鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）中作為空穴傳輸層時存在的性能瓶頸問題展開深入研究。盡管NiOx已被廣泛應(yīng)用于該領(lǐng)域，但其低導(dǎo)電性、表面缺陷、晶格失配、能級排列不佳以及NiOx/鈣鈦礦界面處的氧化還原反應(yīng)等問題，嚴重制約了基于NiOx的PSCs性能的進一步提升。 為攻克這些難題，研究團隊在NiOx與鈣鈦礦薄膜之間引入了一系列小分子二元羧酸（DAMs）作為緩沖層。DAMs憑借其二元羧酸基團有序錨定在NiOx表面，能夠有效鈍化NiOx的缺陷，并抑制界面處的氧化還原反應(yīng)。 在眾多DAMs中，吡啶 - 3,5 - 二羧酸（P35DA）憑借獨特的吡啶環(huán)結(jié)構(gòu)脫穎而出。該結(jié)構(gòu)可誘導(dǎo)產(chǎn)生更有利的偶極矩，有助于實現(xiàn)能級精準排列，同時能與未配位的鉛離子相互作用，調(diào)控鈣鈦礦的結(jié)晶過程，減少界面拉伸應(yīng)變，抑制非輻射復(fù)合。此外，DAMs間位上的 - COOH基團形成了高度明確的雙足錨定形態(tài)，使得鈍化分子在NiOx表面形成超薄的自組裝偶極層，進一步鈍化缺陷并優(yōu)化NiOx薄膜的光電性能。由于末端官能團的不同，P35DA具有更有利的偶極矩特性，不僅能實現(xiàn)更精準的能級排列，還能更好地鈍化埋藏的鈣鈦礦層。 實驗結(jié)果顯示，基于NiOx/P35DA的器件在1.56 eV和1.68 eV的PSCs中分別取得了24.05%和21.48%的**光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）。與原始PCE 21.91%相比，效率損失（HI）幾乎可以忽略不計。而且，未封裝的器件在相對濕度為50% - 60%的空氣中儲存1200小時后，仍能保持初始PCE的81%，展現(xiàn)出**的環(huán)境穩(wěn)定性。同時，經(jīng)P35DA修飾的PSCs在氮氣中儲存1200小時后，未封裝的器件仍能保持初始PCE的85%，器件的濕度穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性也得到了顯著提升。 研究團隊通過利用二元羧酸基團作為牢固的錨定基團，并策略性地改變末端基團，成功提升了PSCs的性能和穩(wěn)定性。本研究不僅證明了DAMs鈍化策略在基于NiOx的PSCs中的有效性，還為高效穩(wěn)定光電器件的研發(fā)提供了可行的優(yōu)化方向。
文獻信息 Bipedal Anchoring Strategy via Dicarboxylic Acid Molecules for Efficient NiOx-Based Perovskite Solar Cells Haoyu Ge，Xianzhao Wang，Xinhang Cai，Yuting Song，Hai Xu，Aijun Li，Xiao-Feng Wang https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsphotonics.5c00386
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