陜師大趙奎Angew：突破溶液法局限！真空熱蒸發(fā)咔唑-膦酸 SAM薄膜助力柔性鈣鈦礦電池效率突破 25.4%

主要內(nèi)容

高質(zhì)量且均勻的自組裝分子（SAM）薄膜是可控制備高性能倒置柔性鈣鈦礦太陽能電池（F-PSCs）的關(guān)鍵。然而，溶液法制備的 SAM 薄膜在導(dǎo)電基底上普遍存在表面覆蓋率低、化學(xué)錨定不足等問題，尤其在高粗糙度柔性基底上該缺陷更為突出，嚴(yán)重制約了器件的電荷傳輸效率與長(zhǎng)期穩(wěn)定性。針對(duì)這一技術(shù)瓶頸，陜西師范大學(xué)趙奎教授、牛天啟博士團(tuán)隊(duì)提出采用熱蒸發(fā)技術(shù)沉積咔唑 - 膦酸類 SAM 薄膜，系統(tǒng)建立了分子構(gòu)型與薄膜表面性能及器件光電特性之間的構(gòu)效關(guān)系，為高效穩(wěn)定 F-PSCs 的研發(fā)提供了創(chuàng)新技術(shù)路徑。

與傳統(tǒng)溶液法制備的 SAM 薄膜相比，該團(tuán)隊(duì)通過調(diào)控分子堆積方式，使真空熱蒸發(fā) SAM 薄膜展現(xiàn)出更均勻的親水性表面結(jié)構(gòu)、更致密的基底覆蓋度及更優(yōu)異的表面潤(rùn)濕性。一方面，薄膜表面能的顯著提升加速了鈣鈦礦成核動(dòng)力學(xué)過程，有效均衡了薄膜全域生長(zhǎng)速率，同時(shí)優(yōu)化了界面接觸質(zhì)量；另一方面，SAM 分子構(gòu)型的精準(zhǔn)調(diào)控的會(huì)直接影響其在氧化銦錫（ITO）基底上的覆蓋率、化學(xué)鍵合作用強(qiáng)度及表面能，進(jìn)而決定上層鈣鈦礦薄膜的生長(zhǎng)速率與結(jié)晶質(zhì)量。值得注意的是，真空熱蒸發(fā) SAM 薄膜中分子的無序排列特性，成功降低了薄膜導(dǎo)電性對(duì)分子結(jié)構(gòu)的依賴性，而界面能級(jí)排列與接觸質(zhì)量則成為調(diào)控電荷傳輸效率的核心主導(dǎo)因素 —— 通過進(jìn)一步優(yōu)化 SAM 分子主鏈構(gòu)型，埋底界面的形貌品質(zhì)與能級(jí)匹配度得到顯著改善，最終實(shí)現(xiàn)了高效電荷傳輸與非輻射復(fù)合損耗的有效抑制。

在**分子（MeO-4PACz）體系下，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的 F-PSCs **光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）達(dá)到 25.47%，經(jīng)第三方認(rèn)證效率為 25.38%，成功躋身同類柔性鈣鈦礦太陽能電池的最高效率紀(jì)錄行列。與此同時(shí)，經(jīng)界面優(yōu)化的器件在持續(xù)光照運(yùn)行與機(jī)械彎折循環(huán)測(cè)試中均表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，充分驗(yàn)證了該技術(shù)路徑的可靠性。此外，熱蒸發(fā)技術(shù)所具備的優(yōu)異規(guī)?；瘽摿εc高可重復(fù)性，與鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化生產(chǎn)需求高度契合，不僅為高效穩(wěn)定 F-PSCs 的制備提供了兼具實(shí)用性與產(chǎn)業(yè)化前景的解決方案，也為其在柔性有機(jī)電子等前沿領(lǐng)域的應(yīng)用拓展奠定了重要基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)信息

Beyond Solution Processing: Vacuum Evaporation of Carbazole-Phosphonic Self-Assembled Molecules Enables Flexible Perovskite Solar Cells with >25.4% Efficiency

Zheng Zhang, Xin Chen, Tianqi Niu, Xuan Ji, Erxin Zhao, Chenqing Tian, Tinghuan Yang, Nan Wu, Xiujie Liu, Yongchao Tu, Ye Yang, Yang Yang, Kui Zhao

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202511317

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