Angew. Chem. ：偶极化学桥助力实现21.86%效率的CsPbI3钙钛矿太阳能电池

无机CsPbI₃钙钛矿由于其合适的带隙值和良好的热稳定性等优点，在单结太阳能电池和叠层太阳能电池应用中具有很大的优势，近些年来在光伏领域中受到极大的关注。然而，CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的内部依然存在严重的界面能量损失问题，从而导致较大的开路电压损失，这在很大程度上限制了无机钙钛矿太阳能电池光伏性能的进一步提高。

鉴于此，近日，北京航空航天大学张晓亮教授团队发展了一种有效的埋底界面工程策略，通过在电子传输层TiO₂和CsPbI₃光吸收层之间构建强有力的偶极化学桥，助力实现了高效的CsPbI₃钙钛矿太阳能电池。

研究结果表明，偶极分子可以强有力地吸附在TiO₂表面形成偶极化学桥，使得TiO₂的表面缺陷密度大大降低，同时在钙钛矿和TiO₂层之间形成有益的界面偶极子，优化了钙钛矿和TiO₂层之间的界面能级分布，从而改善钙钛矿太阳能电池内的能级对准，促进了光生电荷在界面处的提取过程。

此外，由于增强的层间界面相互作用力，构建的偶极化学桥还改善了TiO₂层与钙钛矿层的界面接触，提高了钙钛矿薄膜的结晶质量，同时释放了不利的拉伸应力，减少了界面的晶格失序度，因而大大降低了光生电荷的界面复合。

结合系统的DFT理论模拟计算，作者发现在钙钛矿层和TiO₂层之间构建的偶极化学桥不仅可以有效地降低界面能量损失，而且同时提高了钙钛矿太阳能电池的电荷提取。

最终，CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的开路电压损失大大减少，实现了1.26 V的开路电压和21.86%的创纪录效率。同时，由于在钙钛矿太阳能电池内形成偶极化学桥后释放了界面拉伸应变获得了高质量钙钛矿薄膜，因此钙钛矿太阳能电池的运行稳定性也大大提高。

该工作为构建高性能钙钛矿太阳能电池或其他光电器件提供了一种新的界面管理策略，同时提供了一种新的界面分子设计原则。

论文信息

Dipolar Chemical Bridge Induced CsPbI₃ Perovskite Solar Cells with 21.86% Efficiency

Junming Qiu, Xinyi Mei, Mingxu Zhang, Guoliang Wang, Shengwen Zou, Long Wen, Jianmei Huang, Yong Hua, and Xiaoliang Zhang*

该工作得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金项目的资助。博士研究生邱俊明为论文第一作者，张晓亮教授为论文通讯作者。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202401751