安大肖娟定ChemSusChem：吸電子鈍化分子對鈣鈦礦太陽能電池的影響

主要內(nèi)容

界面不穩(wěn)定性（由缺陷、離子遷移及不受控結(jié)晶引發(fā)）是制約鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）性能提升與長期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵難題。安徽大學(xué)肖娟定副教授、青島科技大學(xué)蔣曉慶副教授及南航博士鄭立凱等人研究指出，電子吸電子材料（EWMs）憑借獨(dú)特配位能力與出色電荷提取特性，成為界面工程領(lǐng)域**前景的候選材料。

該團(tuán)隊(duì)綜述全面概述了EWMs基本特性、提升光伏性能與器件穩(wěn)定性的內(nèi)在機(jī)制，系統(tǒng)總結(jié)了近期在PSCs關(guān)鍵界面層引入此類材料的顯著進(jìn)展，為開發(fā)高效穩(wěn)定PSCs提供了機(jī)理見解與設(shè)計(jì)策略。

吸電子基團(tuán)對PSCs的影響主要體現(xiàn)在三方面：

1. 鈣鈦礦層：吸電子基團(tuán)通過吸電子效應(yīng)增強(qiáng)局部電負(fù)性，引發(fā)界面偶極效應(yīng)并調(diào)控電場分布，實(shí)現(xiàn)缺陷鈍化，減少能量損失。

2. 電子傳輸層（ETL）：優(yōu)化能級梯度，提高電荷提取效率與電子傳輸能力，提升電池整體性能。

3. 空穴傳輸層（HRL）：通過界面化學(xué)鍵合防止離子遷移與聚集，減少非輻射復(fù)合，提高光電轉(zhuǎn)換效率。

   
   

不同類型吸電子基團(tuán)優(yōu)缺點(diǎn)見下表4。

含氟基、氰基和（或）磺酸基的EWMs，在提升PSCs光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）與長期穩(wěn)定性方面潛力巨大。但實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)：

1. 分子構(gòu)型與性能關(guān)聯(lián)不明：電負(fù)性與空間位阻（如 -CF?范德華體積約92 ?3）協(xié)同效應(yīng)未準(zhǔn)確量化，阻礙分子設(shè)計(jì)理論指導(dǎo)。

2. 工藝兼容性與結(jié)晶動力學(xué)矛盾：添加劑高濃度（＞5 wt%）破壞鈣鈦礦結(jié)晶，致晶粒尺寸減小、針孔缺陷，影響性能與穩(wěn)定性。

3. 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與規(guī)?；拗疲翰糠趾牧希ㄈ鏟FOS衍生物）有生物累積風(fēng)險(xiǎn)（半衰期＞5年），阻礙工業(yè)應(yīng)用。

   
   

為此，團(tuán)隊(duì)提出全面研發(fā)框架：

1. 分子設(shè)計(jì)：利用人工智能或機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)高通量篩選，加速新型EWMs開發(fā)。

2. 官能團(tuán)集成：研究多種吸電子官能團(tuán)多樣化與集成，關(guān)注協(xié)同效應(yīng)。

3. 工藝應(yīng)用探索：探索EWMs在不同工藝體系應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)一致改性效果。

4. 功能材料開發(fā)：開發(fā)適用于大面積組件工藝（如涂布、濺射）的功能材料（圖8），推動產(chǎn)業(yè)化。

   
   

EWMs在推動鈣鈦礦光伏技術(shù)商業(yè)化方面潛力巨大、前景廣闊。

文獻(xiàn)信息

Impact of Electron-Withdrawing Passivating Molecules on Perovskite Solar Cells

Guangyue Yang, Kaiwen Dong, Lina Zhu, Yu Lei, Panyu Wang, Na Shi, Likai Zheng, Xiaoqing Jiang, Juan-Ding Xiao

https://chemistryeurope.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cssc.202501503

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