我校功能納米與軟物質研究院作為通訊單位在Science上發表重要研究成果

近日,由蘇州大學功能納米與軟物質研究院(FUNSOM)王照奎教授、西湖大學和美國加利福尼亞大學洛杉磯分校(UCLA)楊陽教授課題組合作撰寫的論文在《Science》雜志上發表。這是FUNSOM作為通訊單位第二次在《Science》這一國際頂級學術期刊上發表論文。

該論文主要介紹了王照奎教授與楊陽教授課題組合作在鈣鈦礦太陽能電池表面鈍化機制研究中取得的重要成果。鈦礦表面鈍化機制研究及鈍化分子的構型設計是進一步提高鈣鈦礦太陽能電池光電轉換效率的有效途徑,該研究發現當鈍化分子中N-HC=O處于最佳構型時,N-HI(碘)之間的氫鍵形成有助于C=OPb缺陷結合,從而使得鈣鈦礦表面缺陷的鈍化效果達到最大化,為鈣鈦礦太陽能電池表面鈍化的分子構型設計指引了方向。


鈣鈦礦表面缺陷類型、表面鈍化分子構型及鈍化效果

近年來,金屬鹵化物鈣鈦礦材料在太陽能電池領域引起了廣泛的關注。鈣鈦礦表面缺陷態的形成會導致載流子的非輻射復合從而限制其光電轉換效率??紤]到鹵化物鈣鈦礦材料離子鍵合的本性,分子修飾成為鈍化其表面缺陷的一個重要途徑和手段。目前很多含有可以與鈣鈦礦缺陷結合的官能團的分子被陸續報道,例如羰基等路易斯堿。然而,含有這些有效官能團的分子不計其數,深入系統研究的缺乏使得合理的分子設計從而最大化缺陷鈍化的能力仍是一個挑戰。

在此次發表的論文中,該國際合作團隊通過巧妙地利用一組剛性分子,茶堿、咖啡因和可可堿,系統研究了分子中N-HC=O的協同作用對鈍化鈣鈦礦缺陷的影響。作者發現,分子中的N-H可以與鈣鈦礦表面的碘形成氫鍵從而輔助C=O的缺陷鈍化能力,而只有當N-HC=O形成合適構型的時候,該效應才有利于與缺陷形成最強作用力,從而最大化其缺陷鈍化能力。當分子中缺失N-H或者N-H在一個不合適位點上,都會弱化缺陷鈍化或更有甚者引入更多的晶格畸變?;谧顑瀯莘肿訕嬙斓牟鑹A修飾的鈣鈦礦太陽能電池最終表現出最佳的光電轉換效率高達23.48%,電池工作穩定性能提高到500小時??傊?,該工作系統研究了鈣鈦礦太陽能電池表面鈍化效果對鈍化分子構型的要求,在深入理解表面鈍化及缺陷態抑制機制的基礎上,設計了表面分子鈍化的新策略,并獲得了 23.48%的光電轉換效率,對進一步發展鈍化策略及提高器件效率和穩定性具有重要的借鑒意義。

文章鏈接:https://science.sciencemag.org/content/366/6472/1509.abstract

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