鈣鈦礦太陽能電池（PSC）是最具商業(yè)化前景的新一代光伏技術(shù)候選者之一，效率和穩(wěn)定性一直是該領(lǐng)域的研究熱點。鈣鈦礦薄膜晶界缺陷、異質(zhì)結(jié)界面處的缺陷及能帶偏移被認(rèn)為決定了PSCs在運行過程中的功率損失，同時影響了其運行穩(wěn)定性。這成為PSCs進一步發(fā)展走向?qū)嶋H應(yīng)用的主要障礙。
目前已報道的調(diào)節(jié)策略不能同時修復(fù)位于體相晶界和異質(zhì)結(jié)界面的缺陷。全面優(yōu)化異質(zhì)結(jié)界面及晶界缺陷密度，同時調(diào)控鈣鈦礦相鄰兩個界面的能級排列，逐漸成為實現(xiàn)高效率高穩(wěn)定性PSC器件的有效策略。然而，用一種材料，簡單一步法鈣鈦礦前驅(qū)體摻雜，實現(xiàn)多功能、全方位修飾優(yōu)化PSC至今鮮有報道。
近日，南方科技大學(xué)許宗祥和韓國浦項科技大學(xué)Taiho Park等人聯(lián)合開發(fā)了一種喹吖啶酮（QA））衍生物，具備兩親性的 π-共軛離子化合物 (QAPyBF4)，在鈣鈦礦前體中通用一步添加工藝，實現(xiàn)了晶界和異質(zhì)結(jié)界面缺陷同步鈍化，同時還調(diào)節(jié)了鈣鈦礦相鄰的兩個界面能級排列。
研究發(fā)現(xiàn)，π-共軛離子化合物在鈣鈦礦成膜過程中出現(xiàn)自發(fā)分布現(xiàn)象，功能化的大π-共軛[QAPy]2+陽離子貫穿鈣鈦礦薄膜，分布在薄膜晶界及鈣鈦礦礦/空穴傳輸層（HTL）界面，陰離子[BF4]-自發(fā)富集在鈣鈦礦/電子傳輸層（ETL）界面。π-共軛陽離子使鈣鈦礦表面能帶發(fā)生彎曲同時鈍化鈣鈦礦缺陷；富集在SnO2 界面處的高電負性 [BF4]-陰離子與夾層中的陽離子偶極矩作用，降低SnO2功函數(shù)。 薄膜形貌及載流子傳輸研究發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦薄膜形貌得到了改善。由于陰陽離子自發(fā)分布的協(xié)同作用，光生載流子在空穴傳輸層（HTL）/鈣鈦礦、鈣鈦礦/ETL兩個界面?zhèn)鲗?dǎo)能壘減小。 由于陰陽離子自發(fā)分布及多種化學(xué)鍵協(xié)同鈍化作用，SnO2基平面 n-i-p 型PSC 的開路電壓從參比器件的1.16伏提高到鈍化器件的1.2伏，填充因子從76.8%提高到80.9%，效率從20.9%提升到了 23.1%，器件回滯現(xiàn)象得到抑制，運行穩(wěn)定性也獲得了大幅度的提升。這種具有自發(fā)分布和協(xié)同效應(yīng)的添加劑設(shè)計策略將有利于高性能PSC的低成本制備，進一步提高其商業(yè)化可行性。 論文信息： Synergy Effect of a π-Conjugated Ionic Compound: Dual Interfacial Energy Level Regulation and Passivation to Promote VOC and Stability of Planar Perovskite Solar Cells Xiaoyuan Liu,Jihyun Min,Qian Chen,Tuo Liu,Geping Qu,Pengfei Xie,Hui Xiao,Juin-Jei Liou,Taiho Park,Zong-Xiang Xu 文章的第一作者是南方科技大學(xué)劉孝遠博士（現(xiàn)為南方科技大學(xué)訪問學(xué)者，深圳大學(xué)副研究員）。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202117303
