SnO2表面的氧空位和陷阱態(tài)是制約器件效率的重要因素，對此澡腾，科研人員創(chuàng)新性地提出了具有高結構靈活性的n型共軛小分子鈍化SnO2表面缺陷沸伏，以實現高質量成膜和有序分子堆積，從而提高SnO2表面的鈍化效果动分。為進一步嘗試調整有機鈍化劑的聚集和分子堆積毅糟，并深入研究它們與SnO2/鈣鈦礦界面處電荷傳輸/重組動力學的相關性，科研人員通過側鏈工程設計出Y系列衍生物(BTAC4)澜公。4-苯基丁基連接在苯并三唑核上姆另，作為增加空間位阻并進一步降低自聚集程度的一種手段可提高小分子的成膜能力。此外坟乾，與支鏈烷基側鏈相比迹辐，線性側鏈可能導致主鏈緊密堆積。通過平行研究SnO2/Y6/鈣鈦礦和SnO2/BTAC4/鈣鈦礦界面的光電特性甚侣，研究發(fā)現小分子更緊湊和規(guī)則的堆疊產生了更有利的界面特性袍城、較低的陷阱態(tài)、更高的電子傳導/提取效率妇保，并抑制電荷復合篓翠。基于BTAC4有機鈍化劑的PSC實現了超過23%的優(yōu)異光電轉換效率雨担，以及1.252V的高開路電壓酥徽，是迄今為止基于CsFAMA鈣鈦礦體系報告的最高開路電壓值。未封裝的器件在35%濕度下儲存768小時后仍保持90%的初始功率轉換效率(PCE)由颗，具有出色的穩(wěn)定性铸老。相關研究成果以π-Conjugated Small Molecules Modified SnO2 Layer for Perovskite Solar Cells with over 23% Efficiency為題，發(fā)表在Advanced Energy Materials上(DOI: 10.1002/aenm.202101416)坛铭。
CsPbI2Br的帶隙可以通過改變Br/I比進行微調翰谋，因此成為構建串聯太陽能電池的理想選擇。然而溶孽，在潮濕環(huán)境下趴贝，無機PSC的發(fā)展仍然面臨相穩(wěn)定性挑戰(zhàn)。已有報告揭示沽怪，水分暴露易觸發(fā)CsPbI1-xBrx從光活性α相到黃色δ相的相變看锉，因為水分導致共角八面體[PbI6]4-的畸變，并增加鈣鈦礦晶粒之間的缺陷誘導局部應力塔鳍。對此伯铣，科研人員設計出一種共軛p型小分子與無機鈣鈦礦表面相互作用，對器件性能產生了雙重作用轮纫。一方面腔寡，來自小分子O和S的孤對電子可以與來自鈣鈦礦的未配位Pb形成共價鍵，大幅降低陷阱態(tài)掌唾，并在鈣鈦礦晶粒處釋放缺陷誘導的微應變放前。另一方面，在小分子的退火過程中糯彬，它可以誘導無機鈣鈦礦晶體的二次生長凭语，從而使鈣鈦礦薄膜的形貌細化，結晶度提高撩扒。上述協(xié)同效應使無機鈣鈦礦薄膜在潮濕條件下具有更高的相穩(wěn)定性似扔。因此，經小分子處理的基于CsPbI2Br的PSC實現了16.25%的PCE搓谆，可與迄今為止最先進的CsPbI2Br鈣鈦礦器件媲美弯棠。此外，該裝置在室溫(相對濕度為25%)下老化500小時巧鉴，仍可保持80%的初始PCE笋据，表現出優(yōu)異的水分穩(wěn)定性。該工作以Improved phase stability of CsPbI2Br perovskite by released microstrain towards highly efficient and stable solar cells為題胖直，在線發(fā)表在InfoMat上(DOI: 10.1002/inf2.12246)肛劈。
傳統(tǒng)3D鈣鈦礦在濕氣環(huán)境中極易分解，因而限制了光伏器件的實際應用腋民。二維鈣鈦礦較三維材料具有優(yōu)異的濕度及光照穩(wěn)定性遗时，近幾年被廣泛研究。然而项起，二維鈣鈦礦絕緣有機中間層與鈣鈦礦無機層間具有差異較大的介電常數皆墅，導致材料激子結合能大、載流子傳輸受阻廊珊，使2D鈣鈦礦器件光伏性能遠低于3D器件灵您。為從材料上克服上述缺陷，科研人員創(chuàng)新性地設計出一種D-A-D(D：電子給體;A：電子受體)型強共軛有機中間層結構答倡，通過D轰传、A間內電荷轉移效應降低有機中間層能帶帶隙驴党，弱化量子阱限域效應，使2D鈣鈦礦的光電性能與3D結構相似获茬，有助于提高激子分離與載流子傳輸性能港庄，實現2D鈣鈦礦器件效率超18%，是目前低維(n≤4)鈣鈦礦器件的最高效率之一恕曲，并且器件在濕氣環(huán)境中老化1000小時衰減小于5%鹏氧，表現出優(yōu)異的濕度穩(wěn)定性∨逡ィ科研人員解決了2D鈣鈦礦存在的本征光電性能缺陷把还，并拓寬了2D鈣鈦礦材料的設計范圍。相關研究成果以Donor-Acceptor-Donor Type Organic Spacer for Regulating the Quantum Wells of Dion-Jacobson 2D Perovskites為題茸俭，發(fā)表在Nano Energy上(DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106800)吊履。
上述研究工作得到國家杰出青年科學基金、國家重點研發(fā)計劃调鬓、國家自然科學基金率翅、寧波市科技創(chuàng)新2025重大專項、中科院前沿科學重點研究計劃等的支持靡玲。
鈣鈦礦光伏器件性能優(yōu)化手段
