南开大学张建军、蔡宏琨及天津科技大学Boyan Li等人报道了一种通过2,7-二羟基-9-芴酮(DHF)对钙钛矿进行双界面修饰,以制备高效、稳定宽禁带(WBG)钙钛矿的有效策略。宽禁带(WBG)钙钛矿在叠层太阳能电池中发挥着不可替代的关键作用,然而,卤化物含量过高引发的相分离现象,严重制约了器件的性能与稳定性。本工作中,研究人员通过将DHF同时引入宽禁带钙钛矿的顶界面与底界面,成功实现了对器件的多功能调控。
DHF可对钙钛矿中的离子缺陷实现靶向钝化,其中,C═O基团通过与低配位的Pb²⁺结合,钝化阴离子配位缺陷;而—OH基团可通过与I⁻形成氢键,钝化卤化物离子,从而有效降低钙钛矿的缺陷态密度。此外,基于DHF的双界面能级调控不仅增强了空穴提取,还使钙钛矿的导电类型由n型转变为n⁺型,进而促进电子传输。
实验表明,碘离子(I⁻)更易向缺陷密度较高的顶界面迁移,进而引发相分离,而DHF可有效抑制这一过程。具体而言,缺陷态密度的差异导致I⁻更易向顶界面迁移,而底界面因粗糙度更低、晶粒尺寸更大、碘空位(Vᵢ)更少,相分离现象并不明显。密度泛函理论(DFT)计算进一步证实,碘离子(I⁻)从钙钛矿表面逸出的迁移势垒由0.14 eV提升至1.28 eV,这为DHF抑制相分离的作用机制提供了理论支撑。
最终,基于该双界面修饰策略的钙钛矿电池(PVK TB器件)实现了22.40%的光电转换效率(PCE);在AM 1.5G光照条件下,经1000 h最大功率点跟踪(MPPT)测试后,器件仍保持初始效率的83%;同时,器件的空气稳定性得到显著提升,在空气中持续测试1000 h后,其分解速率明显减慢,仍能保持初始效率的88%。
本工作提出并验证了一种高效的界面钝化策略,该策略不仅优化了界面能级结构,有效抑制了宽禁带钙钛矿的相分离,还成功制备出高效稳定的太阳能电池,为高性能、高稳定性宽禁带钙钛矿太阳能电池(WBG PSCs)的发展奠定了坚实基础。
文献信息
TargetedRegulationofMultifunctionalMoleculesatDualInterfaces:SuppressingPhaseSeparationandEnhancingtheEfficiencyofWideBandgapPerovskiteSolarCells
ChaoLiu,YingchenLi,HongkunCai,BoyanLi,ShupingLin,QiSun,DalongZhong,JifengLiu,QinwenGuo,ZhiwenXu,JuanLi,JianNi,JianjunZhang
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202513845
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