JACS：π-共轭偶极结构：通过协同偶极叠加实现太阳能电池阴极修饰、欧姆接触与缺陷钝化

来源：知光谷发布时间：2025-12-09 13:45:40

阴极界面层（CILs）对于消除肖特基势垒、增强太阳能电池内建电场至关重要。深入探索CILs的新型设计原理并阐明其工作机制，对发展新型CIL材料及提升器件性能具有关键意义。

本研究青岛大学张安东、路皓、欧阳丹和北京师范大学薄志山等人精心设计了四种具有不同锚定基团和分子内偶极矩的偶极分子，旨在系统研究偶极分子作为阴极界面层的设计策略。通过协同利用分子内偶极与锚定基团-金属电极间形成的偶极，Rh-Py可显著增强界面偶极矩，不仅有效强化内建电场，还优化了有机太阳能电池的欧姆接触，使其能量转换效率突破20%。此外，Rh-Py与Pb²⁺之间的强相互作用可有效钝化钙钛矿薄膜中的Pb²⁺缺陷。当作为钙钛矿太阳能电池的反溶剂添加剂时，Rh-Py能够显著降低非辐射能量损失、提高开路电压，实现高达25.80%的效率。

本研究揭示了全共轭偶极分子作为新型界面层材料的设计原理，并展示了其在有机与钙钛矿太阳能电池中的多样化应用潜力。

研究亮点：

提出“双偶极协同”设计新策略：通过将分子内偶极与锚定基团偶极结合于全π-共轭结构中，大幅增强界面偶极矩，有效调控电极功函数、提升内建电场，实现高效欧姆接触。
高性能有机太阳能电池：以Rh-Py为阴极界面层的器件效率突破20%，其分子偶极矩达7.12 D，在提升开路电压、填充因子及电荷提取效率方面显著优于对比分子。
一材两用，实现钙钛矿缺陷钝化与界面优化：Rh-Py凭借强偶极及硫-铅相互作用，可作为反溶剂添加剂有效钝化钙钛矿薄膜中Pb²⁺缺陷，使钙钛矿电池效率提升至25.80%，展现多功能界面材料的潜力。