AEM分子平台上的自适应O₂活化：促进Spiro-OMeTAD掺杂以实现高效碳基钙钛矿太阳能电池

2,2′,7,7′-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9′-螺二芴（Spiro-OMeTAD）是钙钛矿太阳能电池中广泛使用的空穴传输材料，其电学性能的改善严重依赖于p型掺杂，通常通过环境中的O₂氧化实现。然而，由于O₂对Spiro-OMeTAD氧化的固有惰性，其掺杂水平仍受限。

本研究大连理工大学王宇迪等人提出一种有效策略，通过将单原子钛负载于碳纳米角上构成分子平台（Ti₁-CNH），以活化O₂并促进Spiro-OMeTAD的氧化。强金属-载体相互作用引起的电荷转移增强了O₂的化学吸附、削弱O-O键并促进O₂解离，从而有效活化O₂分子用于氧化Spiro-OMeTAD。充分的氧化显著提升了Spiro-OMeTAD的掺杂水平与电导率，同时调控其功函数，使其能级与碳电极更好匹配。

该策略大幅降低了电荷转移中的能量损失，使碳基钙钛矿太阳能电池实现了23.85%的光电转换效率（认证效率22.85%），并在持续光照1000小时后仍保持初始效率的96.2%。

文章亮点：

1. 单原子钛催化氧活化：首次利用Ti₁-CNH作为分子平台，通过强金属-载体相互作用高效吸附并活化O₂，显著促进Spiro-OMeTAD的氧化与p型掺杂。

2. 能级调控与界面优化：Ti₁-CNH的引入有效调节Spiro-OMeTAD的功函数，实现与碳电极的能级对齐，降低界面电荷转移能量损失。

3. 高效率与高稳定性兼具：基于该策略的碳基钙钛矿电池效率突破23.85%，并在长时间运行中表现出优异的稳定性，1000小时效率保持率达96.2%。

Y. Shi, W. Li, G. Meng, et al. “ Adaptive O2 Activation on a Molecular Platform: Promoting Spiro-OMeTAD Doping for High Efficiency Carbon-Based Perovskite Solar Cells.” Advanced Energy Materials (2026): e06649.

https://doi.org/10.1002/aenm.202506649

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