主要內(nèi)容
南開大學(xué)張曉丹教授、趙穎教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）領(lǐng)域取得重要突破。在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究中，雖然利用有機(jī)分子進(jìn)行界面工程能夠有效提升電池的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），但傳統(tǒng)的旋涂法在制備大面積鈍化層時(shí)，面臨著厚度均勻性難以保證的難題，這極大地限制了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池向大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的發(fā)展。
針對(duì)這一問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將三種具有優(yōu)先平行取向的多功能有機(jī)分子——N - 苯基硫脲（PTU）、1 - 芐基硫脲（BTU）和 2 - 苯乙基硫脲（PTTU），通過(guò)刮刀涂布法應(yīng)用于寬帶隙（1.68 eV）鈣鈦礦薄膜表面，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)表面缺陷的有效調(diào)控。
團(tuán)隊(duì)通過(guò)密度泛函理論（DFT）計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方式，深入探究了分子特性與器件性能之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，延長(zhǎng)有機(jī)分子的烷基鏈長(zhǎng)度能夠顯著增強(qiáng)分子在鈣鈦礦薄膜表面的平行取向。這種增強(qiáng)的平行取向有利于界面處的縱向電荷提取，進(jìn)而提高電池的電荷傳輸效率，同時(shí)還能改善薄膜的厚度均勻性。
在所研究的三種分子中，具有**烷基鏈長(zhǎng)度的 BTU 分子展現(xiàn)出了*為優(yōu)異的協(xié)同改性效果?；谶@一發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)制備的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在 0.08875 cm2和 1.0 cm2的有效面積下，分別取得了 22.12%和 20.19%的**光電轉(zhuǎn)換效率。這一成績(jī)?cè)诠蔚锻坎贾苽涞?p - i - n 型 PSCs（帶隙 Eg ≈ 1.68 eV）中處于領(lǐng)先水平，充分證明了該策略在提升電池性能方面的有效性。
此外，經(jīng) BTU 處理的 PSCs 在未封裝的情況下，經(jīng)過(guò) 1600 小時(shí)的穩(wěn)定性測(cè)試后，仍能保持初始 PCE 的 95%以上，展現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。團(tuán)隊(duì)還通過(guò)刮刀涂布工藝成功制備了 10 × 10 cm2的大面積薄膜，且相應(yīng)小面積器件性能穩(wěn)定，這進(jìn)一步凸顯了該設(shè)計(jì)在大規(guī)模生產(chǎn)中的可擴(kuò)展性。
本研究不僅加深了團(tuán)隊(duì)對(duì)分子結(jié)構(gòu)、取向與器件性能之間內(nèi)在聯(lián)系的理解，還為設(shè)計(jì)多功能有機(jī)分子以提高薄膜均勻性和電荷傳輸性能提供了一種綜合策略。這一策略為高性能和大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的開發(fā)開辟了新的途徑，對(duì)于推動(dòng)單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池邁向商業(yè)化應(yīng)用具有重大意義。
文獻(xiàn)信息
Scalable Interface Engineering in Wide-Bandgap Perovskite Solar Cells via Blade-Coating Molecules with Promoted Parallel Orientation
Zhen Liu, Pengyang Wang, You Gao, Xin Ge, Yuan Luo, Xiaona Du, Shengzhi Xu, Biao Shi, Shuainan Liu, Ying Zhao, Xiaodan Zhang
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202510444
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