王凱&Stefaan De Wolf Joule：基于機(jī)器學(xué)習(xí)的界面材料設(shè)計(jì)，助力高性能穩(wěn)定寬帶隙PSCs

主要內(nèi)容

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）的性能既受界面化學(xué)特性的關(guān)鍵調(diào)控，又受限于界面損耗，這一問(wèn)題在電子傳輸層/鈣鈦礦掩埋界面處表現(xiàn)得尤為顯著。開(kāi)發(fā)并篩選兼具多重功能的掩埋緩沖層材料，至今仍是一項(xiàng)**挑戰(zhàn)性且尚未有效攻克的難題。

針對(duì)這一問(wèn)題，西北工業(yè)大學(xué)王凱、沙特國(guó)王科技大學(xué)Stefaan De Wolf及西安工程大學(xué)王涵等人聯(lián)合提出機(jī)器學(xué)習(xí)輔助分子篩選策略：通過(guò)結(jié)合相關(guān)性分析、層次聚類(lèi)與最小絕對(duì)收縮和選擇算子（LASSO）回歸算法優(yōu)化特征工程，繼而采用LASSO與彈性網(wǎng)絡(luò)（ENET）回歸算法構(gòu)建分子篩選模型，精準(zhǔn)篩選出可提升器件效率的界面修飾分子，并據(jù)此設(shè)計(jì)合成了一種新型分子——（2-（1,3-二氧代-1H-苯并[脫]異喹啉-2(3H)-基）乙基）膦酸（BIPA）。

研究表明，BIPA的多功能基團(tuán)可通過(guò)多重協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)界面優(yōu)化：一方面借助錫-氧-磷（Sn···O–P）配位作用與二氧化錫（SnO?）形成強(qiáng)鍵合，有效鈍化Sn2+懸空鍵與氧空位，同時(shí)使費(fèi)米能級(jí)上移，進(jìn)而促進(jìn)電子提?。涣硪环矫嫱ㄟ^(guò)碳氧雙鍵-鉛（ C=O···Pb）相互作用調(diào)控鈣鈦礦結(jié)晶動(dòng)力學(xué)、緩解壓應(yīng)力，助力致密鈣鈦礦薄膜生長(zhǎng)，同時(shí)協(xié)同降低非輻射復(fù)合損耗并優(yōu)化能帶匹配程度。

最終，經(jīng)BIPA修飾的器件光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)26.3%；該策略在1.55–1.85 eV鈣鈦礦帶隙范圍內(nèi)均展現(xiàn)出有效性，其中1.67 eV帶隙器件效率達(dá)23.2%，1.85 eV帶隙器件效率達(dá)18.5%，充分證實(shí)了策略的普適性。穩(wěn)定性測(cè)試顯示，未封裝器件分別經(jīng)國(guó)際有機(jī)光伏穩(wěn)定性峰會(huì)（ISOS-L-1）標(biāo)準(zhǔn)老化1600 h、ISOS-D-2標(biāo)準(zhǔn)老化2000 h后，仍可保留初始效率的91%與92%；所制備的小型模組也展現(xiàn)出更優(yōu)異的長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性。

該研究構(gòu)建的高效機(jī)器學(xué)習(xí)模型，為高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池乃至更廣泛領(lǐng)域中多功能分子的合理設(shè)計(jì)提供了切實(shí)可行的有力支撐。

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