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  最近，北京大學工學院占肖衛(wèi)教授課題組與合作者在鈣鈦礦太陽能電池的研究中取得重要進展，相關工作發(fā)表在能源領域著名期刊《能源與環(huán)境科學》（Energy & Environmental Science）和化學領域著名期刊《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）上。

  近年來，有機無機雜化鈣鈦礦材料因其吸收系數(shù)高、雙極性電荷傳輸、載流子擴散距離和壽命長、可溶液加工、廉價等特點引起了學術界的廣泛關注。基于這類材料的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從最初的3.8%迅速提升至23.3%。然而，鈣鈦礦太陽能電池仍然面臨穩(wěn)定性和毒性等問題。利用含有官能團的有機半導體材料對界面修飾或?qū)︹}鈦礦層摻雜，能有效抑制鈣鈦礦太陽能電池的遲滯現(xiàn)象，改善鈣鈦礦薄膜質(zhì)量，減少鈣鈦礦體相和界面缺陷，從而提升器件光伏效率和穩(wěn)定性。

  為了減少金屬氧化物電子傳輸材料中的氧空位缺陷，降低界面復合，提升器件性能，占肖衛(wèi)課題組與合作者采用帶有錨合基團的富勒烯衍生物C9修飾SnO2電子傳輸層表面。C9具有合適能級和高的電子親和能，有利于光生電子的界面抽取。其長鏈末端的羥基可以作為Lewis堿，與SnO2中未完全配位的Sn錨合，有效鈍化SnO2表面的氧空位缺陷。長烷基鏈有利于分子在SnO2表面有序組裝。富勒烯基團與長烷基鏈共同提供了疏水的SnO2表面，從而影響鈣鈦礦薄膜的結晶過程，生成晶粒更大、結晶性更好的鈣鈦礦薄膜。基于C9修飾的鈣鈦礦太陽能電池獲得了21.3%的光電轉(zhuǎn)換效率，幾乎沒有遲滯現(xiàn)象，器件的穩(wěn)定性也有所提高（Energy Environ.Sci.，DOI:10.1039/c8ee02172d，博士研究生劉寬是第一作者）。

  占肖衛(wèi)課題組提出了稠環(huán)電子受體-鈣鈦礦雜化太陽能電池的新概念。在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中添加稠環(huán)電子受體INIC2，以調(diào)控鈣鈦礦膜的形貌，從而獲得更大的晶粒和更強的結晶性。同時INIC2分子內(nèi)含有孤對電子的原子或原子團可以與未完全配位的鉛原子發(fā)生作用，從而鈍化鈣鈦礦缺陷，減少電荷復合。此外，具有較高遷移率和合適能級的INIC2可以有效促進電子抽取和傳輸。基于INIC2-鈣鈦礦雜化膜的太陽能電池獲得21.7%的光電轉(zhuǎn)換效率，穩(wěn)定性也獲得提升。（J. Am. Chem.Soc.，DOI: 10.1021/jacs.8b09300，博士研究生張明煜是第一作者）。

分子結構式和太陽能電池器件結構圖

  這項研究得到國家自然科學基金等的資助。主要合作者包括中國科學院物理所孟慶波研究員、蘇州大學屠迎鋒教授、北京大學周歡萍特聘研究員、香港中文大學路新慧教授和新西蘭惠靈頓維多利亞大學Justin M. Hodgkiss教授等。

  論文鏈接：

  https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ee/c8ee02172d#!divAbstract

  https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021%2Fjacs.8b09300