近期，反結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率已突破25%。相對(duì)于正結(jié)構(gòu)，反結(jié)構(gòu)因無需高溫退火及添加劑，被認(rèn)為是商業(yè)化的首選。然而，傳統(tǒng)的反結(jié)構(gòu)電洞傳輸層材料（PTAA）存在合成成本高、器件再現(xiàn)性差、高度疏水性不利于大面積制備等問題。而自組裝單分子層（self-assembled monolayers，SAM）則克服了上述問題。
一般常見的SAM材料如2PACz、MeO2PACz、Me4PACz等，僅在ITO基底上單側(cè)錨定，然而鈣鈦礦的晶體生長(zhǎng)過程自表面至底部，導(dǎo)致大部分缺陷集中在底部。為解決此問題，通常需要修飾層和添加劑處理，但這無疑增加了商業(yè)化成本。
最近，臺(tái)灣大學(xué)的周必泰教授與中興大學(xué)的葉鎮(zhèn)宇教授，以及輔仁大學(xué)的陳協(xié)志教授合作，通過雙功能卟啉的自組裝單分子層實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率與高穩(wěn)定性的反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，這對(duì)未來SAM分子設(shè)計(jì)開辟了新的可能性。
經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，非對(duì)稱卟啉的自組裝單分子層（AC-1）表現(xiàn)出最大的接觸角，然而其鈣鈦礦結(jié)晶質(zhì)量較差。相反，對(duì)稱卟啉的自組裝單分子層（AC-3）在降低接觸角的同時(shí)，也導(dǎo)致鈣鈦礦顆粒尺寸增大。最后，通過進(jìn)一步縮短側(cè)鏈（AC-5），不僅實(shí)現(xiàn)了最低的接觸角，還獲得了更大的鈣鈦礦顆粒，并成功地消除了鈣鈦礦薄膜中的針孔缺陷。而雙功能卟啉還顯示出有效地抑制金屬鉛（Pb）的信號(hào)。這項(xiàng)特性對(duì)于鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性至關(guān)重要。不僅如此，該雙功能卟啉還能輔助調(diào)控鈣鈦礦晶體的生長(zhǎng)方向。最終AC-5具有高達(dá)23.19%的轉(zhuǎn)換效率且其元件穩(wěn)定度優(yōu)于常見的商業(yè)化SAM，表明雙功能卟啉具有高度研究?jī)r(jià)值。 論文信息 Self-Assembled Monolayers of Bi-Functionalized Porphyrins: A Novel Class of Hole-Layer-Coordinating Perovskites and Indium Tin Oxide in Inverted Solar Cells Chieh-Ming Hung, Chi-Lun Mai, Chi-Chi Wu, Bo-Han Chen, Chih-Hsuan Lu, Che-Chun Chu, Meng-Chuan Wang, Prof. Shang-Da Yang, Prof. Hsieh-Chih Chen, Prof. Chen-Yu Yeh, Prof. Pi-Tai Chou Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202309831
