河北師大趙晉津組AS：利用手性有機分子構建高性能反式鈣鈦礦太陽能電池

發表時間：2025-04-03 14:32

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手性分子因具有獨特的分子結構和化學性質，在鈍化鈣鈦礦太陽能電池界面及促進電荷傳輸方面展現出顯著的潛力。然而，關于不同手性結構對鈣鈦礦薄膜鈍化機制及其光電效應的具體影響，仍需深入研究。為填補這一研究空白，河北師范大學化學與材料科學學院的趙晉津教授和武明星教授帶領團隊，開展了一項針對手性分子在鈣鈦礦太陽能電池中應用的研究。

本研究選用了手性R型、S型和消旋體甲基芐基氯化銨（MBACl）分子，對鈣鈦礦太陽能電池的界面缺陷進行處理。通過一系列表征實驗，包括X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）觀察以及透射電子顯微鏡（TEM）分析，我們發現S-MBACl分子在鈣鈦礦表面展現出*強的螯合能力和缺陷鈍化效果。

表征結果表明，S-MBACl分子不僅通過其官能團有效結合鈣鈦礦表面未配位的Pb2?離子，還形成了強氫鍵，從而顯著降低了鈣鈦礦薄膜中的缺陷密度。此外，添加S-MBACl后，載流子壽命和擴散長度均得到顯著延長，優化了鈣鈦礦與電荷傳輸層之間的能級排列，促進了高效的載流子提取。

為進一步驗證S-MBACl的鈍化效果，他們利用原位開爾文探針力顯微鏡（KPFM）對修飾前后的鈣鈦礦薄膜進行了測量。結果顯示，S-MBACl修飾的鈣鈦礦薄膜在暗態和光照狀態下的表面電勢差顯著增加，從39.67毫伏提高至129.91毫伏，增幅達227%。這一結果表明，S-MBACl有效地促進了電子和空穴的分離，從而提高了太陽能電池的性能。

基于上述研究成果，他們制備了基于S-MBACl修飾的鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）。這些器件的光電轉換效率（PCE）達到了24.06%，相較于純鈣鈦礦樣品提高了近10個百分點（即提高了109%）。更為重要的是，在氮氣氛圍中于25°C下老化2400小時后，未經封裝的S-MBACl修飾鈣鈦礦太陽能電池的PCE仍保持在初始值的89%以上，顯示出良好的長期穩定性。

本研究不僅揭示了手性S-MBACl分子在鈍化鈣鈦礦表面缺陷方面的重要作用，還為后續探索其他手性鈍化分子提供了有價值的參考和啟示。相信這一研究成果將為鈣鈦礦太陽能電池的性能優化開辟新的途徑，推動太陽能光伏技術的進一步發展和應用。未來將繼續深入研究手性分子在鈣鈦礦太陽能電池中的鈍化機制，以期為實現更高性能的太陽能電池提供理論和技術支持。