鈣鈦礦/電荷傳輸層異質結介面的損失,仍然是實現高效鈣鈦礦太陽能電池的關鍵瓶頸。1-5 雖然分子配位基可以鈍化介面處的缺陷,但其垂直吸附的幾何結構會增加介面電荷傳輸路徑,進而損害電荷傳輸效率。在此,我們證明了配位基吸附拓撲的立體電子調控,能夠降低介面能量損失,進而實現高效且穩定的鈣鈦礦太陽能電池。透過策略性地將苯環中的碳原子替換為氮原子,以形成吡啶或嘧啶環,我們設計出能夠同時透過 Pb-N 配位鍵和 Pb-I-π 交互作用與鈣鈦礦表面結合的配位基,使單一分子具備雙重、協同的鍵結模式。這種相互強化的立體電子交互作用,驅動配位基呈現熱力學上更有利的平面排列,從而實現原子級別的缺陷鈍化,同時維持亞奈米級的介面電荷傳輸。最佳化的介面結構實現了 26.85% 的穩定功率輸出,認證的反掃和正掃效率分別為 27.41% 和 26.35%。此外,該太陽能模組展現了卓越的操作穩定性,在戶外實測 258 天後仍保有 85.8% 的初始模組效率。
科學 88
透過配位基的立體電子調控,提升鈣鈦礦太陽能電池的效率與穩定性
研究人員透過策略性地將苯環中的碳原子替換為氮原子,設計出吡啶或嘧啶環配位基,實現了鈣鈦礦太陽能電池的效率突破。這些配位基能同時透過 Pb-N 配位鍵和 Pb-I-π 交互作用與鈣鈦礦表面結合,形成雙重協同的鍵結模式。這種立體電子交互作用促使配位基呈現熱力學上更有利的平面排列,有效鈍化缺陷並維持亞奈米級的電荷傳輸,最終使最佳化電池的穩定功率輸出達到 26.85%,模組在戶外實測 258 天後仍保有 85.8% 的初始效率。
值得注意此研究在鈣鈦礦太陽能電池領域取得重大突破,顯著提升效率與穩定性,對再生能源產業具高度影響力。
原文來源: Nature