北京
北京师范大学薄志山、青岛大学刘玉强、欧阳丹团队开展钙钛矿太阳能电池（PSCs）表面钝化相关研究。表面钝化是构筑高性能PSCs的关键，但极性分子易发生无序聚集，难以形成均匀钝化层，制约钝化效果。该团队提出聚集调控策略，采用4-(三氟甲基)苯甲脒氯化物（4BH）与哌嗪碘化物（PI）两种互补分子，依靠N–H・・・F分子间氢键构筑均匀钝化层，抑制单一组分无序自聚集，得到无针孔薄膜，实现表面电势与光电流的均一分布。
4BH与PI可在溶液中形成化学计量复合物，沉积后得到均一界面，解决分子聚集失控这一长期难题。该聚集调控界面具备三重协同优势：一是内建电势提升（相较于参比器件大于0.19V），排斥少数载流子；二是缺陷态密度降低近70%，由2.12×10¹⁵cm⁻³降至0.71×10¹⁵cm⁻³，有序排布的脒基与哌嗪基团可协同修复Pb²⁺阳离子缺陷与卤空位阴离子缺陷；三是取向分子偶极产生强而均匀的界面电场，实现场效应钝化，同时能级均一化界面降低电子向C₆₀层的注入势垒，填充因子相对提升约13.5%，由73.77%提升至83.72%。
基于4BH:PI分子对修饰的反式钙钛矿太阳能电池实现26.23%的最高光电转换效率，开路电压1.189V，填充因子83.72%，器件稳定性突出：最大功率点持续光照700h后保留初始效率的91%，65℃老化1500h仍维持约88%初始效率。相比于优化后的单组分PI或4BH参比器件，4BH:PI分子对在溶液聚集行为、薄膜均匀性、缺陷态密度与抗复合能力等多项性能上全面更优，证实性能提升来自氢键引导的共组装效应，而非两种钝化剂的简单混合。该研究将特异性分子间氢键介导的聚集调控确立为钝化层通用设计原则，借助N–H・・・F、N・・・H・・・I、离子相互作用等互补分子间作用调控钝化层组装，为高效稳定钙钛矿光伏器件的开发拓展了分子设计空间。
文献信息
Hydrogen-Bonding-GuidedMolecularPairSuppressesSelf-AggregationforUniformPassivationofEfficientInvertedPerovskiteSolarCells
YuqiWang、DanOuyang、TianmanWu、AndongZhang、YuqiangLiu、ZhishanBo
https://pubs.acs.org/aamick/article-abstract/doi/10.1021/acsami.6c13733/5453126/Hydrogen-Bonding-Guided-Molecular-Pair-Suppresses?redirectedFrom=fulltext
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