利用手性有机分子构建高性能反式钙钛矿太阳能电池

手性分子因具有独特的分子结构和化学性质，在钝化钙钛矿太阳能电池界面及促进电荷传输方面展现出显著的潜力。然而，关于不同手性结构对钙钛矿薄膜钝化机制及其光电效应的具体影响，仍需深入研究。为填补这一研究空白，河北师范大学化学与材料 科学学院的赵晋津教授和武明星教授带领团队，开展了一项针对手性分子在钙钛矿太阳能电池中应用的研究。

本研究选用了手性R型、S型和消旋体甲基苄基氯化铵（MBACl）分子，对钙钛矿太阳能电池的界面缺陷进行处理。通过一系列表征实验，包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）观察以及透射电子显微镜（TEM）分析，我们发现S-MBACl分子在钙钛矿表面展现出最强的螯合能力和缺陷钝化效果。

表征结果表明，S-MBACl分子不仅通过其官能团有效结合钙钛矿表面未配位的Pb²⁺离子，还形成了强氢键，从而显著降低了钙钛矿薄膜中的缺陷密度。此外，添加S-MBACl后，载流子寿命和扩散长度均得到显著延长，优化了钙钛矿与电荷传输层之间的能级排列，促进了高效的载流子提取。

为进一步验证S-MBACl的钝化效果，他们利用原位开尔文探针力显微镜（KPFM）对修饰前后的钙钛矿薄膜进行了测量。结果显示，S-MBACl修饰的钙钛矿薄膜在暗态和光照状态下的表面电势差显著增加，从39.67毫伏提高至129.91毫伏，增幅达227%。这一结果表明，S-MBACl有效地促进了电子和空穴的分离，从而提高了太阳能电池的性能。

基于上述研究成果，他们制备了基于S-MBACl修饰的钙钛矿太阳能电池（PSCs）。这些器件的光电转换效率（PCE）达到了24.06%，相较于纯钙钛矿样品提高了近10个百分点（即提高了109%）。更为重要的是，在氮气氛围中于25°C下老化2400小时后，未经封装的S-MBACl修饰钙钛矿太阳能电池的PCE仍保持在初始值的89%以上，显示出良好的长期稳定性。

本研究不仅揭示了手性S-MBACl分子在钝化钙钛矿表面缺陷方面的重要作用，还为后续探索其他手性钝化分子提供了有价值的参考和启示。相信这一研究成果将为钙钛矿太阳能电池的性能优化开辟新的途径，推动太阳能光伏技术的进一步发展和应用。未来将继续深入研究手性分子在钙钛矿太阳能电池中的钝化机制，以期为实现更高性能的太阳能电池提供理论和技术支持。

文献信息：

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