图 a) 设备架构. b) J-V 曲线. c) 基于不同 ETL 层的 PSC 冠军设备的 EQE. d) 在连续 AM 1.5 G 照明下对 电池的 MPP 跟踪. e) 不同基于电子传输层器件的性能参数统计图. f) 室温下~35% 相对湿度下的长期稳定性测试。
近年来，世界上很多团队已经尝试了大量的缺陷钝化方法以减少 SnO2 表面的氧空位和陷阱态。其中，n 型富勒烯衍生物是研究最多和最有效的钝化剂之一，这是由于在羧酸根基团和 SnO2 表面之间容易形成共价键。 此外，富勒烯衍生物是有机太阳能电池中常见的电子受体， 可以有效地将电子从钙钛矿活性层提取到 电子传输层，从而有助于提高钙钛矿太阳能电池的性能。 然而，应该注意到富勒烯衍生物的 π 笼状结构易于自聚集，这强烈影响了缺陷钝化过程的有效性和有效性。它随后会降低器件的稳定性。
近期，中科院宁波材料所葛子义研究院团队与光伏材料省重点实验室陈冲教授团队合作创新性地提出了具有高结构灵活性的n型共轭小分子的应用，以实现所需的聚集、更好的成膜和有序的分子堆积，有望提高SnO2表面的钝化效果。特别是在有机太阳能电池中广泛用作非富勒烯电子受体的Y6在同侧的中心融合核上具有烷基侧链，可以防止分子过度聚集，同时保持有效的分子内电荷传输通道。为了进一步尝试调整有机钝化剂的聚集和分子堆积，并深入研究它们与 SnO2/钙钛矿界面处电荷传输/重组动力学的相关性，通过侧链工程设计出 Y 系列衍生物（BTAC4）。4-苯基丁基连接在苯并三唑核上，作为增加空间位阻并进一步降低自聚集程度的一种手段，这会提高小分子的成膜能力。此外，与支链烷基侧链（在 Y6 上）相比，线性侧链（在 BTAC4 上）可能会导致主链紧密堆积。通过平行研究 SnO2/Y6/钙钛矿和 SnO2/BTAC4/钙钛矿界面的光电特性，我们发现小分子的更紧凑和规则的堆叠产生了更有利的界面特性，较低的陷阱态，更高的电子传导/提取效率，并抑制电荷复合。结果，基于BTAC4作为有机钝化剂的PSC实现了超过23%的优异光电转换效率，以及惊人的1.252V开路电压, 这是迄今为止基于CsFAMA钙钛矿体系报告的最高开路电压值。未封装的器件在35%湿度下储存768小时后仍保持90%的初始PCE，从而显示出出色的稳定性。研究成果以 “π-Conjugated Small Molecules Modified SnO2 Layer for Perovskite Solar Cells with over 23% Efficiency”(DOI: 10.1002/aenm.202101416)为题，发表在国际能源领域顶级期刊《Advanced Energy Materials》（影响因子29.368）。论文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202101416.
中科院宁波材料研究所谓论文的第一完成单位，河南大学硕士研究生娄强为第一作者，宁波材料所葛子义研究员和刘畅研究员、陈冲教授为共同通讯作者。研究工作受到国家自然科学基金项目、河南省高校科技创新人才、河南大学青年人才种子基金等项目的资助。
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