西湖大王睿Small Struct：異構(gòu)化共軛分子作為倒置鈣鈦礦太陽能電池的空穴選擇性接觸層

主要內(nèi)容

空穴選擇性接觸層作為鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的關(guān)鍵功能組件，憑借其溶液可加工性、高器件性能以及長期穩(wěn)定性等顯著優(yōu)勢，始終是鈣鈦礦太陽能電池研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)。西湖大學(xué)工學(xué)院王睿教授帶領(lǐng)其科研團(tuán)隊(duì)，在長期深入研究過程中敏銳地發(fā)現(xiàn)，盡管空穴選擇性接觸層在界面修飾和空穴提取方面已展現(xiàn)出**成效，然而，由于缺乏能與碘化鉛有效配位的外環(huán)功能原子，其缺陷鈍化能力在一定程度上受到了制約。

在此關(guān)鍵背景下，王睿教授團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)并報(bào)道了兩種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的異構(gòu)衍生物，分別為（2 -（苯并[b]苯并[4,5]噻吩并[2,3 - d]噻吩 - 2 - 基）乙基）膦酸（BTBT - L）和（2 -（苯并[b]苯并[4,5]噻吩并[2,3 - d]噻吩 - 4 - 基）乙基）膦酸（BTBT - Z）。其中，BTBT - L呈現(xiàn)出規(guī)整的線性分子結(jié)構(gòu)，而BTBT - Z則具有獨(dú)特的鋸齒狀構(gòu)型，且有一個(gè)硫原子精準(zhǔn)地處于與錨定基團(tuán)相對(duì)的位置。通過團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究與理論分析發(fā)現(xiàn)，相較于BTBT - L，BTBT - Z的噻吩硫原子具有更高的電子云密度和更大的分子偶極矩，這一特性使其空穴提取和傳輸能力得到顯著提升。

此外，王睿教授團(tuán)隊(duì)對(duì)BTBT - Z在鈣鈦礦層埋底界面的作用機(jī)制展開了深入探究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，BTBT - Z在該界面處展現(xiàn)出極為優(yōu)異的缺陷鈍化能力。它能夠與鈣鈦礦埋底界面中過量的碘化鉛（PbI?）發(fā)生有效的相互作用，精準(zhǔn)調(diào)控界面處的化學(xué)環(huán)境，從而有效促進(jìn)鈣鈦礦結(jié)晶，大幅提升薄膜質(zhì)量。基于這一特性，采用合理設(shè)計(jì)的BTBT - Z修飾氧化銦錫襯底所制備的反式鈣鈦礦太陽能電池，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)25.1%的**效率，同時(shí)器件穩(wěn)定性得到顯著改善。在標(biāo)準(zhǔn)1個(gè)太陽光強(qiáng)度下連續(xù)進(jìn)行**功率點(diǎn)跟蹤1000小時(shí)后，該電池仍能保持初始光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）的90%以上，展現(xiàn)出良好的長期工作穩(wěn)定性。

總之，王睿教授團(tuán)隊(duì)通過精心設(shè)計(jì)與合成，獲得了兩種基于苯并[b]苯并[4,5]噻吩并[2,3 - d]噻吩（BTBT）的異構(gòu)體，即具有線性分子結(jié)構(gòu)的BTBT - L，以及呈鋸齒狀構(gòu)型且有一個(gè)硫原子位于與錨定基團(tuán)相對(duì)位置的BTBT - Z。當(dāng)將它們用作空穴選擇性接觸層（HSC layer）時(shí)，BTBT - Z憑借其更大的分子偶極矩以及噻吩硫原子上更高的電子云密度，顯著增強(qiáng)了空穴提取和傳輸能力。而且，BTBT - Z的外環(huán)硫原子能夠與鈣鈦礦埋底界面中過量的碘化鉛（PbI?）發(fā)生增強(qiáng)型相互作用，進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)晶狀況和薄膜質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)更高的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）和更佳的工作穩(wěn)定性。通過采用合理設(shè)計(jì)的異構(gòu)體BTBT - Z對(duì)氧化銦錫（ITO）襯底進(jìn)行修飾，反式鈣鈦礦太陽能電池實(shí)現(xiàn)了25.1%的高效率，器件穩(wěn)定性也大幅提升，在標(biāo)準(zhǔn)1個(gè)太陽光強(qiáng)度下連續(xù)進(jìn)行**功率點(diǎn)（MPP）跟蹤1000小時(shí)后，仍能保持初始PCE的90%以上。

文獻(xiàn)信息

Isomerized Conjugated Molecules as Hole-Selective Contacts for Inverted Perovskite Solar Cells

Qingqing Liu, Ke Zhao, Lu Jin, Shaochen Zhang, Libing Yao, Qinggui Li, Jingjing Zhou, Xiaonan Wang, Yixin Luo, Yuan Tian, Caner De?er, Ilhan Yavuz, Zixuan Peng, Xuechun Sun, Jiahui Shen, Jiazhe Xu, Xu Zhang, Jingjing Xue, Rui Wang

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/sstr.202500437

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