胡劲松课题组在钙钛矿太阳能电池界面钝化新策略方面取得进展

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杂化钙钛矿太阳能电池中表面缺陷通常作为主导非辐射载流子复合的深缺陷更容易形成。各种表面钝化试剂被用来钝化钙钛矿层的表面悬空键（特别是具有低形成能卤化物空位引起的未配位Pb离子缺陷）。其中，有机氯化物通过形成强的Pb-Cl键可以提供有效的钝化效果，但氯离子容易进入钙钛矿晶格，扭曲铅卤八面体结构，引起器件性能与稳定性的问题。
　　在国家自然科学基金委和中国科学院的大力支持下，化学所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室胡劲松课题组近年来致力于理解钙钛矿表面的缺陷钝化机制并发展相应策略来提升器件转换效率与稳定性（J. Am. Chem. Soc. 2019, 141 (45), 18075；Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60 (30), 16388； Natl. Sci. Rev. 2021, 8 (8), nwab047；Mater. Today 2022, 52, 250）。

高效钙钛矿电池器件

区域选择多位点氯原子钝化新策略实现高效钙钛矿电池器件

　　最近，该课题组开发了一种不同于传统有机氯盐钝化的区域选择多位点有机氯分子钝化新策略，实现了高效稳定的钙钛矿太阳能电池器件。研究者设计合成了两种含有3个Cl原子的三对氯苯基苯（TCBP）空间异构体（如下图）。利用理论模拟研究了两个有机分子中的Cl原子间距和FAPbI3钙钛矿中最常见相邻碘离子间的距离。发现当分子中Cl原子的距离与钙钛矿中碘离子间的距离高度匹配时，其不饱和的Pb（碘空位）可以被更好地钝化。与均三对氯苯基苯（135-TCBP）相比（结合能为-1.57 eV），偏三对氯苯基苯（124-TCBP）与钙钛矿的相互作用更强（结合能为-2.11 eV），可以提供更高效的钝化效果，表明含多钝化氯位点的有机分子钝化存在位点区域选择性。使用这种含有最佳Cl原子分布的有机分子，实现了认证效率为25.02%的钙钛矿太阳能电池，并且在持续光照下连续运行500小时后仍可保持90%的初始效率。这项工作为分子构型和缺陷钝化之间的关系提供了新的理解，也为发展高效钝化策略实现高效率稳定的钙钛矿太阳能电池提供了新思路。
　　相关研究成果近日发表于Journal of the American Chemical Society期刊上（J. Am. Chem. Soc. 2023, 145 (10), 5872-5879）。论文第一作者为博士后吴劲澎，通讯作者为薛丁江研究员和胡劲松研究员。
       文章来源：化学所
       胡劲松，中国科学院化学研究所研究员，博士生导师。2005年于中国科学院化学研究所获博士学位。2005年至2008年在中国科学院化学研究所先后任助理研究员和副研究员。2007年至2008年在香港城市大学短期访问。2008年至2011年在美国哈佛大学从事研究工作。2011年3月加入中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室。研究兴趣包括新型薄膜太阳能电池、量子点敏化太阳能电池与低成本燃料电池纳米催化材料等。已在包括NatureCommun.、PNAS、JACS、Angew. Chem.、Nano Lett.、Adv. Mater.等国际学术期刊上发表论文70余篇。文章已被他人引用7000余次。曾获中国化学会青年化学奖等奖励。
        薛丁江，中科院化学所副研究员，2004年于太原理工大学获学士学位。2006年于华中科技大学获硕士学位(导师：张天乐教授)。2013年于中科院化学所获博士学位(导师：万立骏院士；郭玉国研究员)。2013年至2015年在华中科技大学武汉光电国家实验室(筹)从事博士后研究工作(导师：唐江教授)。2016年加入中科院化学所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室。以第一或者通讯作者在J. Am. Chem. Soc.，Adv. Mater.，Adv. Energy Mater.，Chem. Mater.等SCI期刊上发表论文25篇。获2013年度中国科学院院长优秀奖，2014年度中国科学院优秀博士论文，2017年加入中国科学院青年创新促进会。