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重大王華昕ACS Energy Lett.：PSCs原位界面工程里的神奇配方“添加劑”發(fā)表時(shí)間：2025-08-05 10:15
主要內(nèi)容 鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）憑借**的光電轉(zhuǎn)換效率、高成本效益及性能可調(diào)性，展現(xiàn)出非凡潛力，但其商業(yè)可行性受界面缺陷制約。傳統(tǒng)界面修飾技術(shù)在大面積制造時(shí)面臨挑戰(zhàn)，近期研究聚焦于通過將分子添加劑直接摻入鈣鈦礦前驅(qū)體溶液實(shí)現(xiàn)原位界面工程，這一策略有助于原位形成有益界面結(jié)構(gòu)，提高電荷提取效率并減少界面復(fù)合損失。 01 當(dāng)下研究進(jìn)展與現(xiàn)存挑戰(zhàn) 阿卜杜拉國王科技大學(xué)（KAUST）的Omar Mohammed Abdelsaboor教授與重慶大學(xué)的王華昕教授強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)對相關(guān)領(lǐng)域展開深入研究。該團(tuán)隊(duì)指出，盡管利用添加劑進(jìn)行原位界面改性取得顯著進(jìn)展，但仍存在幾個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)阻礙其廣泛商業(yè)化，這些挑戰(zhàn)源于添加劑化學(xué)、結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和運(yùn)行應(yīng)力之間復(fù)雜的相互作用： 添加劑偏析不一致和相分離：原位工程依賴添加劑在目標(biāo)界面的優(yōu)先偏析，但該過程對加工條件和基底相互作用高度敏感。溶劑蒸發(fā)速率、退火溫度及基底表面性質(zhì)差異等因素，會(huì)導(dǎo)致添加劑擴(kuò)散受干擾、分布不均，形成局部缺陷熱點(diǎn)。 添加劑長期浸出與降解：添加劑與鈣鈦礦晶格的非共價(jià)相互作用，使其在熱和環(huán)境應(yīng)力下易受損。運(yùn)行溫度、濕度等因素會(huì)破壞添加劑與鈣鈦礦的相互作用，導(dǎo)致擴(kuò)散、解吸或浸出，加速界面復(fù)合。 毒性與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)：高性能添加劑可能引發(fā)有毒成分浸出和溶劑兼容性挑戰(zhàn)，增加回收和法規(guī)合規(guī)的復(fù)雜性。部分有毒溶劑的使用也阻礙了綠色制造努力，限制了工業(yè)可擴(kuò)展性。 02 未來研究優(yōu)先關(guān)注方向 為推動(dòng)PSCs成功商業(yè)化，未來研究應(yīng)優(yōu)先關(guān)注以下關(guān)鍵領(lǐng)域： 可擴(kuò)展鈣鈦礦組件制造的可行路徑：目前利用添加劑工程進(jìn)行界面改性的大面積鈣鈦礦太陽能組件（PSMs）研究處于早期階段，主要依賴刮刀涂布技術(shù)。 狹縫涂布更具吸引力，優(yōu)化墨水配方后可提高生產(chǎn)良率和可重復(fù)性，成為卷對卷制造系統(tǒng)的更佳候選方案。不過，狹縫涂布和噴墨打印中需開發(fā)添加劑工程策略，以同時(shí)優(yōu)化鈣鈦礦薄膜結(jié)晶和界面改性，提升PSMs性能。 材料選擇與AI驅(qū)動(dòng)的添加劑設(shè)計(jì)：分子添加劑的戰(zhàn)略選擇對原位形成具有改進(jìn)光伏性能的界面鈍化層至關(guān)重要。當(dāng)前PSCs中分子添加劑設(shè)計(jì)研究揭示了利用大分子架構(gòu)、π共軛分子結(jié)構(gòu)和磷酸基等錨定基團(tuán)實(shí)現(xiàn)埋底界面改性等關(guān)鍵策略。此外，人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）正革新PSCs界面工程策略，ML算法可快速分析多維數(shù)據(jù)集，揭示復(fù)雜的結(jié)構(gòu) - 性能關(guān)系，在添加劑分子全面分析和整體性能評(píng)估兩個(gè)關(guān)鍵計(jì)算領(lǐng)域表現(xiàn)出色，有助于制定界面優(yōu)化策略。 原位與非原位表征技術(shù)：有效表征PSCs界面對于理解和提升器件性能至關(guān)重要。表征技術(shù)包括非原位和原位方法，非原位方法（如ToF - SIMS、HRTEM、GIXR和QFLS測量）用于研究改性層的位置和功能，原位方法（如GIWAXS以及吸收和PL光譜）則提供關(guān)于改性層形成和鈣鈦礦結(jié)晶過程的信息。其中，為探索2D界面相的潛在形成，光學(xué)表征技術(shù)可分析樣品間的反射和吸收剖面差異，分離出指示2D相形成的特征光譜；QFLS測量可量化界面層引起的性能變化，超快瞬態(tài)反射光譜可揭示界面處電荷轉(zhuǎn)移和復(fù)合的復(fù)雜機(jī)制。同時(shí)，添加劑在PSCs制造中的作用還延伸至薄膜結(jié)晶控制領(lǐng)域，原位吸收和光致發(fā)光光譜等**原位表征技術(shù)可洞察結(jié)晶機(jī)制，為合理設(shè)計(jì)添加劑提供依據(jù)。 03 聚焦關(guān)鍵領(lǐng)域的意義 總之，聚焦上述關(guān)鍵領(lǐng)域不僅能優(yōu)化PSCs的性能和穩(wěn)定性，還能充分釋放PSC技術(shù)的全部潛力，對于促進(jìn)PSCs融入可再生能源市場至關(guān)重要。
文獻(xiàn)信息 In Situ Interfacial Engineering in Perovskite Solar Cells: The Importance of Additives Yongkang Tian、Yafeng Xu、Maung Maung Yin、Huaxin Wang、Zhigang Zang、Omar F. Mohammed https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.5c02002
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