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Angew. Chem. :探究芳香醛的π电子在钝化钙钛矿缺陷中的作用2025-04-06
有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池目前的单结认证效率高达26.7%,已成为光伏领域的重要研究前沿。然而,多晶钙钛矿薄膜不可避免地包含许多离子缺陷,这些缺陷的存在作为非辐射复合中心,严重影响了电池的性能和长期稳定性。通常而言,含有羰基官能团的钝化分子可与钙钛矿中的缺陷相互作用,从而获得高质量的钙钛矿薄膜。

然而,这些添加剂表现出不同的缺陷钝化能力,其原因尚不清楚。特别是有些羰基添加剂的共轭单元内的π电子也可能与离子缺陷相互作用,这为理解含共轭单元和羰基分子的钝化机理以及选择合适的钝化材料带来了挑战。

 

 

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近日,青岛科技大学刘仕伟教授、大连理工大学王敏焕副教授、中科院青岛能源所逄淑平研究员和中科院大连化物所郭鑫研究员合作,以三种芳香醛分子(BPCA、NACA和PyCA)为研究对象,作为添加剂引入到钙钛矿薄膜以探究这些分子中的π电子的缺陷钝化能力。

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结果表明,这些芳香醛的钝化效果随着共轭面的扩展而得到改善。值得注意的是,共轭体系中的离域π电子增加了羰基周围的电子钝化密度,增强了它们与缺陷位点的相互作用,尽管它们不能直接为钙钛矿薄膜中的缺陷提供有效的钝化。

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因此,具有最大偶联体系的PyCA分子的电池实现了25.67%的高效率。此外,含有PyCA钝化剂的大面积钙钛矿模组(活性面积为14.0 cm2)也获得了21.76%效率。

青岛科技大学化工学院蒋晓庆副教授、硕士研究生朱丽娜与中国科学院青岛生物能源与过程研究所博士研究生张秉乾为文章的共同一作,王敏焕副教授、刘仕伟教授、逄淑平研究员和郭鑫研究员为共同通讯作者,青岛科技大学为第一通讯单位。该工作揭示了π电子在含羰基芳香醛钝化能力中的重要性,阐明了具有不同共轭结构的羰基化合物之间的新关系及其对钙钛矿缺陷的钝化影响,为设计和合成新型含羰基添加剂为开发高效和长期稳定的钙钛矿器件提供了新的见解。

文信息

Insights Into the Role of π-Electrons of Aromatic Aldehydes in Passivating Perovskite Defects

Xiaoqing Jiang., Lina Zhu, Bingqian Zhang, Guangyue Yang, Likai Zheng, Kaiwen Dong, Yanfeng Yin, Minhuan Wang, Shiwei Liu, Shuping Pang, Xin Guo

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202420369