浙江理工大學(xué)熊杰課題組利用添加劑策略，在鈣鈦礦薄膜中引入了一種聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）分子（四苯乙烯-2-二氰亞甲基-3-氰基-4，5，5-三甲基-2，5-二氫呋喃，TPE-TCF），TPE-TCF分子中的D-A結(jié)構(gòu)特性和氰基（C≡N）基團(tuán)，可以有效鈍化了鈣鈦礦薄膜的缺陷，促進(jìn)了鈣鈦礦電池的電荷轉(zhuǎn)移，使得在空氣條件下制備的PSCs達(dá)到了19.66%的功率轉(zhuǎn)換效率。
圖（a）TPE-TCF改性前后PSCs的效率圖。圖（b）TPE-TCF改性鈣鈦礦薄膜的示意圖。 近年來(lái)，有機(jī)-無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）因其高性能和低成本的制備工藝而受到了廣泛的關(guān)注。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）也從3.8%提高到25.5%以上，為下一代高性能光伏器件提供了巨大的潛力。眾所周知，PSCs的性能與鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量息息相關(guān)。然而，PSCs中鈣鈦礦薄膜的固有缺陷可以作為非輻射復(fù)合中心，限制了金屬鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能和穩(wěn)定性，進(jìn)一步限制了PSCs的發(fā)展和應(yīng)用。同時(shí)，鈣鈦礦薄膜在制備過(guò)程中，往往會(huì)發(fā)生降解，特別是在空氣環(huán)境中，這限制了PSCs的進(jìn)一步商業(yè)化發(fā)展。因此，解決鈣鈦礦薄膜的載流子輸運(yùn)和晶界缺陷以及鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性問(wèn)題，仍面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。 為了解決這一問(wèn)題，熊杰課題組在空氣環(huán)境下制備了一種AIE分子（TPE-TCF）改性的MAPbI3基太陽(yáng)能電池。TPE-TCF分子具有供體-受體（D-A）結(jié)構(gòu)，其中四苯乙烯（TPE）為供體，2-二氰亞甲基-3-氰基-4，5，5-三甲基-2，5-二氫呋喃（TCF）為受體，這有利于鈣鈦礦薄膜中的電子轉(zhuǎn)移，為PSCs提供了額外的電子分離通道。同時(shí)，TPE-TCF分子中的C≡N基團(tuán)可以與鈣鈦礦薄膜中的未配位碘缺陷更好的配位和結(jié)合，形成PbI2?TPE-TCF中間相，進(jìn)而減少鈣鈦礦晶粒之間的針孔，并鈍化了鈣鈦礦薄膜的缺陷，改善了薄膜的質(zhì)量。結(jié)果顯示，通過(guò)TPE-TCF改性之后，有效地改善了鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶度、吸光度以及電荷轉(zhuǎn)移性能，PSCs的PCE從原始的15.63%增加至19.66%，滯后現(xiàn)象也明顯降低。與原始的器件相比，TPE-TCF添加劑鈍化的PSCs增強(qiáng)了空氣穩(wěn)定性，在相對(duì)濕度為70-80%的空氣環(huán)境下保持300 h后仍有超過(guò)86%的初始PCE值。在這項(xiàng)工作中，通過(guò)將AIE分子引入鈣鈦礦前驅(qū)體中，在空氣條件下制備了高性能高穩(wěn)定性的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，這一種新的策略為引進(jìn)發(fā)光分子提高鈣鈦礦薄膜質(zhì)量以及性能提供了新的思路。 論文信息 When Aggregation-Induced Emission Meets Perovskites: Efficient Defect-Passivation and Charge-Transfer for Ambient Fabrication of Perovskite Solar Cells Dr. Ningxia Gu, Dr. Pengyun Zhang, Dr. Lixin Song, Prof. Pingfan Du, Lei Ning, Dr. Providence Buregeya Ingabire, Dr. Wei-Hsiang Chen, Dr. Yijia Wang, Prof. Jie Xiong Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202200850
