主要内容

在钙钛矿太阳能电池（PSCs）的研究版图里，钙钛矿层与功能层间埋底界面处的缺陷所引发的界面复合问题，恰似横亘在科研道路上的“巨石”，长久以来让众多科研人员“望而却步”，亟待找到搬开这块“巨石”的有效办法。而引入自组装分子（SAMs）构建分子桥，宛如为攻克这一难题点亮了一盏“希望之灯”，其核心原理在于借助化学钝化作用，将导致非辐射复合的界面缺陷“一网打尽”。然而，在过往的研究探索中，SAMs对辐射复合的影响却如同被遗忘在角落的“宝藏”，未得到应有的关注。

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科研“探险”：引入独特自组装分子

浙江理工大学徐凌波教授、崔灿教授以及浙江大学倪朕伊教授带领其科研团队，宛如一群勇敢的“探险家”，在n-i-p型钙钛矿太阳能电池的埋底界面处，大胆引入两种分子构型相似，却有着截然不同给电子/吸电子特性的自组装分子——3 - 噻吩硼酸（TBA）和4 - 吡啶硼酸（PBA）。

实验结果就像一场精彩的“魔术表演”，令人惊叹不已：尽管这两种自组装分子在钝化缺陷方面都展现出了强大的“魔力”，但基于它们制备的钙钛矿太阳能电池却呈现出天壤之别的性能变化——基于PBA的电池性能如火箭般“一飞冲天”，显著提升；而基于TBA的电池性能却似坐了“滑梯”，有所下滑。这一鲜明对比，瞬间点燃了团队进一步探索真相的热情。

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探寻“密码”：揭示电子效应作用

为了揭开这奇妙现象背后的“神秘密码”，团队展开了深入细致的机理研究。原来，具有给电子特性噻吩基团的TBA，就像一个热情过度的“电子给予者”，会诱导SnO₂电子传输层发生n型掺杂，使得电子传输层中的电子密度如同决堤的洪水般大幅增加，进而引发了严重的界面辐射复合，这无疑给电池的整体性能“泼了一盆冷水”。

相反，具有吸电子特性吡啶基团的PBA则如同一个冷静的“电子收集者”，表现出完全相反的作用，有效地优化了界面性能，为电池性能的提升“添砖加瓦”。这些发现充分证明，自组装分子的电子效应在埋底界面复合过程中，除了具备缺陷钝化这一“基础技能”外，还拥有着影响电池性能的“隐藏大招”。这也提醒我们，在利用自组装分子优化埋底界面工程时，必须像技艺高超的“杂技演员走钢丝”一样，精准地权衡这两种效应，才能让电池性能达到最优的“平衡状态”。

03

打破认知：指引未来研究方向

综合来看，该团队将这两种具有不同给电子和吸电子特性的自组装分子（SAMs）应用于钙钛矿太阳能电池（PSCs）埋底界面处构建分子桥。虽然二者都能像“清洁工”一样，有效减少界面缺陷、抑制非辐射复合，但基于它们的电池性能却大相径庭。

具有给电子特性噻吩基团的TBA增加了电子传输层（ETL）中的电子密度，引发了严重的界面辐射复合，如同给电池性能的“引擎”塞进了杂物，导致整体性能下降；而具有吸电子特性吡啶基团的PBA则能增强界面载流子分离，减轻开路电压（Voc）损失，如同为电池性能的“翅膀”注入了动力，最终提升电池性能。

这一研究结果犹如一颗投入平静湖面的“巨石”，挑战了“在埋底界面处引入钝化性自组装分子可普遍提升钙钛矿太阳能电池性能”的传统认知。团队强调，在设计用于n-i-p型钙钛矿太阳能电池的高效分子桥时，应将电子效应（即给电子/吸电子能力）作为一项关键的“评估标尺”，为未来的研究开辟了新的“航道”。

文献信息

Electronic Effect of Self-Assembled Molecules on Buried Interface Recombination in n-i-p Perovskite Solar Cells

Liu Zhang、Chenyu Wang、Yunxiao Wei、Jie Chen、Haimeng Xin、Hengyu Zhang、Tiantian Liu、Ping Lin、Peng Wang、Xiaoping Wu、Xuegong Yu、Zhenyi Ni、Can Cui、Lingbo Xu

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5c09978