工学院占肖卫课题组与合作者在钙钛矿太阳能电池研究中取得紧张进展

最近，北京大学工学院占肖卫课题组与合作者在钙钛矿太阳能电池的研究中取得紧张进展，相干工作发表在能源领域闻名期刊《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）和化学领域闻名期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。

近年来，有机无机杂化钙钛矿材料因其吸取系数高、双极性电荷传输、载流子扩散距离和寿命长、可溶液加工、廉价等特点引起了学术界的广泛关注。基于这类材料的太阳能电池的光电转换服从从最初的3.8%敏捷提拔至23.3%。然而，钙钛矿太阳能电池仍然面临稳固性和毒性等题目。行使含有官能团的有机半导体材料对界面修饰或对钙钛矿层掺杂，能有用克制钙钛矿太阳能电池的迟滞征象，改善钙钛矿薄膜质量，削减钙钛矿体相和界面缺陷，从而提拔器件光伏服从和稳固性。

为了削减金属氧化物电子传输材料中的氧空位缺陷，降低界面复合，提拔器件性能，占肖卫课题组与合作者采用带有锚合基团的富勒烯衍生物C9修饰SnO2电子传输层外观。C9具有合适能级和高的电子亲和能，有利于光生电子的界面抽取。其长链末端的羟基可以作为Lewis碱，与SnO₂中未完全配位的Sn锚合，有用钝化SnO₂外观的氧空位缺陷。长烷基链有利于分子在SnO₂外观有序组装。富勒烯基团与长烷基链共同提供了疏水的SnO₂外观，从而影响钙钛矿薄膜的结晶过程，生成晶粒更大、结晶性更好的钙钛矿薄膜。基于C9修饰的钙钛矿太阳能电池获得了21.3%的光电转换服从，几乎没有迟滞征象，器件的稳固性也有所进步（Energy Environ.Sci.，DOI:10.1039/c8ee02172d，博士研究生刘宽是第一作者）。

占肖卫课题组提出了稠环电子受体-钙钛矿杂化太阳能电池的新概念。在钙钛矿前驱体溶液中添加稠环电子受体INIC₂，以调控钙钛矿膜的形貌，从而获得更大的晶粒和更强的结晶性。同时INIC₂分子内含有孤对电子的原子或原子团可以与未完全配位的铅原子发生作用，从而钝化钙钛矿缺陷，削减电荷复合。此外，具有较高迁移率和合适能级的INIC₂可以有用促进电子抽取和传输。基于INIC₂-钙钛矿杂化膜的太阳能电池获得21.7%的光电转换服从，稳固性也获得提拔。（J. Am. Chem.Soc.，DOI: 10.1021/jacs.8b09300，博士研究生张明煜是第一作者）。

分子结构式和太阳能电池器件结构图

这项研究得到国家天然科学基金等的资助。重要合作者包括中国科学院物理所孟庆波研究员、苏州大学屠迎锋教授、北京大学周欢萍特聘研究员、香港中文大学路新慧教授和新西兰惠灵顿维多利亚大学Justin M. Hodgkiss教授等。

编辑：麦洛