成都理工大学陈雨&四川大学彭强最新Angew:定制低米勒折射率晶体刻面实现具有平坦晶界槽的钙钛矿太阳能电池

来源:印刷钙钛矿光电器件发布时间:2025-08-20 09:55:48

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埋地界面的电荷传输和非辐射复合损耗是限制钙钛矿太阳能电池(PSCs)效率和稳定性的重要因素。鉴于此,成都理工大学陈雨&四川大学彭强在期刊《Angewandte Chemie International Edition》发文,题为“Tailoring Low-Miller-Index Crystal Facets Realizes Perovskite Solar Cells with Flat Grain-boundary Grooves”本文筛选了一系列二磷酸路易斯碱基分子,其中具有适当烷基链和多个活性位点的NN-双(二苯基膦)胺(N-DPPM)不仅可以有效地促进载流子转运,而且可以与配位不足的Pb协调2+并通过NH键与FA相互作用。这些特征促使沿着(100/200)晶面形成高质量的钙钛矿薄膜。有趣的是,这些取向的低米勒折射率晶面的异界面能量大约增加了两倍,晶界能量大约减少了两倍,使晶界沟变平,从而减少了纳米级物理空隙并释放了残余应力。因此,冠军倒置PSC在窄带隙(1.55 eV)、大面积(0.5 cm)上表现出令人印象深刻的功率转换效率,分别为26.80%26.18%20.59%+2)和宽禁带(1.73 eV)器件。同时,未封装的器件在长期储存、热老化或光浸泡后表现出优异的稳定性。

创新点:

1. 分子设计突破:开发新型二磷酸路易斯碱分子N-DPPMN,N-(二苯基膦)胺),其创新性体现在:双活性位点协同作用:双磷(P)单元与欠配位Pb²⁺强配位,-NH基团通过N···H氢键与FA⁺相互作用,实现缺陷双模式钝化。烷基链长度优化:n=1的短链设计(空间距离3.11 Å)精准匹配钙钛矿(100)晶面间距(3.2 Å),促进定向结晶。静电势调控:ESP计算显示分子电子给体特性,提升界面偶极矩,空穴迁移率提高41%3.89×10⁻² cm² V⁻¹ s⁻¹

2. 晶体工程革新:低米勒指数晶面诱导:通过调控γ<sub>GB</sub>/γ<sub>HI</sub>能量比,促使钙钛矿沿(100)/(200)晶面定向生长,晶界能降低50%0.0381 eV nm⁻²),异质界面能提升131%0.289 eV nm⁻²)。晶界沟槽平坦化:AFM显示晶界角从151.6°增至172.4°,表面粗糙度降低64%16.5 nm vs 45.5 nm),消除纳米级物理空隙并释放残余应力(σ<sub>M</sub>62.77 MPa降至9.36 MPa)。

未来展望:

1.分子设计扩展:开发非对称膦酸衍生物,通过调控P/N原子比例优化电荷传输路径,探索硒/硫杂原子替代体系,利用更大原子半径增强晶格稳定性

2.机理深度解析:原位表征技术:搭建同步辐射X射线平台,实时观测晶界沟槽动态演变,机器学习辅助:建立分子结构-晶面取向的AI预测模型(需>10组DFT数据)

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原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/ange.202511042

责任编辑:周末
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