用作空穴选择性触点的有机分子，称为自组装单层 (SAM)，在确保高性能钙钛矿光伏方面发挥着关键作用。SAM 和钙钛矿之间的最佳能量对准对于所需的光伏性能至关重要。然而，许多 SAM 是在最佳带隙钙钛矿中研究的，有限的能级修改专门针对宽带隙钙钛矿。
基于此，浙江大学薛晶晶等人证明了 SAM 的能级可以通过共轭基团中的感应效应以逐步方式系统地调节，从而能够为特定的钙钛矿带隙量身定制合理设计。基于我们的调谐 SAM 的 WBG 钙钛矿器件实现了 22.8% 的功率转换效率 (PCE)。与晶体硅 TOPCon 子电池的集成进一步构建了 PCE 为 31.1%(认证为 30.9%)的钙钛矿/TOPCon 串联器件。该论文近期以“Inductive effects in molecular contacts enable wide-bandgap perovskite cells for efficient perovskite/TOPCon tandems”为题发表在顶级期刊Nature Communications上。
研究亮点：
分子接触中的诱导效应：研究团队发现分子接触中的诱导效应对于优化宽带隙钙钛矿电池的性能至关重要。
宽带隙钙钛矿电池：通过利用感应效应，科研人员能够制造出更高效的宽带隙钙钛矿太阳能电池。
叠层太阳能电池效率提升：这种宽带隙钙钛矿电池特别适合用于制造高效的钙钛矿/TOPCon叠层太阳能电池。
研究内容：
该研究专注于通过分子设计和界面工程来提高钙钛矿太阳能电池的性能。科研团队通过精确调控分子接触中的电子结构，利用感应效应优化了宽带隙钙钛矿材料的能带结构和界面特性，从而提高了电池的光电转换效率和稳定性。
研究意义：
性能提升：这项工作提供了一种通过分子设计来提高宽带隙钙钛矿太阳能电池效率的新方法。
推动产业化进程：这种感应效应优化技术为钙钛矿太阳能电池的商业化和大规模生产提供了新的可能性，有助于推动可再生能源技术的发展和应用。
科学贡献：该研究为理解和设计高效率、高稳定性的钙钛矿太阳能电池提供了新的视角，对于钙钛矿太阳能电池领域的科学进步具有重要贡献。
图文信息
图1：分子设计和锚定行为。a PyAA-Br、PyAA、PyAA-Me和PyAA-MeO的化学结构。b裸ITO基板的In 3d和Sn 3d XPS，以及沉积在ITO上的不同SAM。
图2：钙钛矿薄膜的性质。PyAA、PyAA Br、PyAA Me、PyAA MeO和ITO上钙钛矿薄膜的XRD图。b沉积在不同SAM上的钙钛矿薄膜的SEM图像。比例尺为400 nm。c沉积在不同SAM上的钙钛矿薄膜的紫外-可见光谱。
图3：通过改进能量对齐来增强空穴提取。a使用SCF方法计算不同SAM的电子密度。b不同SAM的能带结构和从UPS中提取的相应钙钛矿薄膜的结果。c与不同SAM接触的钙钛矿薄膜在2.6 nJ/cm2的低激光通量下的TRPL测量得出的微分寿命τPL(t)。d比较基于具有不同官能团的SAM的太阳能电池器件的TPC结果。
图4：光伏性能。基于不同分子的性能最佳的WBG钙钛矿太阳能电池的J-V曲线。b最佳PyAA和PyAA-MeO基太阳能电池的EQE光谱，给出AM 1.5G等效电流密度。c单片钙钛矿/硅叠层太阳能电池的示意图。d未沉积LiF和Ag的钙钛矿/硅叠层太阳能电池的横截面SEM图像。比例尺为400nm。e具有1cm2有效面积的冠军钙钛矿/叠层太阳能电池的J-V曲线。f串联器件的EQE光谱以及EQE和反射率1-R的总和。
总之，作者设计并合成了SAM，通过诱导效应精确调节其能级，专门满足宽带隙钙钛矿的需求。通过引入吸电子或供电子官能团，取代基的诱导效应允许电子云的重新分布，从而改变分子的能级。PyAA MeO是一种基于供电子甲氧基的SAM，它构建了一个与顶部钙钛矿接触的p型HTL。有利的界面能学提高了HTL/钙钛矿界面上的空穴提取，并表现出卓越的稳定性。结果表明，通过利用电感效应实现宽带隙钙钛矿的有利界面能量，可以合理设计SAM。我们认为，这一战略有望促进钙钛矿和钙钛矿/TOPCon串联太阳能电池的商业化。
器件制备
器件制备：
WBG PVSK：
glass/ITO/SAMs/PVSK/OAmI/LiF/C60/BCP/Ag
1.洗干净的ITO玻璃，臭氧30 min，2PACz和自制的PyAA、PyAA-Br、PyAA-Me和PyAA-MeO分子粉末以2mM的浓度完全溶解在体积比为3:1的乙醇和DMF混合溶剂中,在氮气手套箱中搅拌过夜; 1000rpm 10s+3000rpm 40s旋涂，115℃退火20 min;
2. 1.65 M Cs0.05MA0.15FA0.8PbI2.25Br0.75+过量5mol%的PbI2溶于DMF：DMSO=4:1(v/v)，1000rpm 10s+5000rpm 40s旋涂，第二步第25s 250uL CB反相，110℃退火30 min;
3. 0.5 mg/mL OAmI IPA，5000rpm 30s旋涂，1
00℃退火5 min;
4.蒸镀1 nm LiF, 30 nm C60;8 nm BCP;100 nm Ag。
Tandem device:
1. 将具有20 nm ITO复合层的Si底部晶片进行紫外线臭氧处理20分钟。然后在3000 rpm下旋涂一层薄薄的NiOx纳米粒子薄膜(10 mg ml−1 NiOx水溶液)30秒，120°C退火20分钟。按照上述方法将分子溶液旋涂到ITO/Si基板上。冷却至室温后，按照上述方法在这些层上涂覆钙钛矿薄膜和表面钝化层。
2. 通过热蒸发沉积了约1nm的LiF和20nm的C60,(ALD)沉积20nm SnO2;溅射80 nm IZO;
3.蒸镀250 nm Ag电极;蒸镀100 nm LiF作为减反层。
