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反式結構鈣鈦礦電池因具有良好的穩(wěn)定性、可忽略的遲滯效應和在疊層電池中的高匹配度而受到了廣泛的關注，但是其光電轉化效率仍然低于正式結構鈣鈦礦電池，主要歸因于反式器件的開路電壓較低。造成這個現(xiàn)象的原因包括富勒烯和鈣鈦礦之間的化學作用較弱、富勒烯電子傳輸層和鈣鈦礦活性層的能態(tài)結構匹配度較低、富勒烯電子傳輸層內部的分子無序等。

針對這個問題，北京大學深圳研究生院楊世和教授課題組和合作者設計合成了一種碗烯銨鹽分子，首次引入到反式結構鈣鈦礦電池中，對鈣鈦礦的表面進行重構。碗烯是一類具有特殊碗狀結構的曲面分子，可以被視作經典富勒烯C₆₀的片段結構，具有電子受體性質和天然的分子偶極。作者利用碗烯獨特的物理化學性質對鈣鈦礦薄膜表面的化學結構、能態(tài)結構、電子動力學過程等進行重構，大幅降低了該界面的能量損失，提升了器件的開路電壓，最優(yōu)器件獲得了超過22%的光電轉化效率。同時，由于碗烯和碘離子之間存在較強的化學作用，使得碗烯在鈣鈦礦層和富勒烯電子傳輸層之間的界面上建立起一層分子屏障，減緩了器件內部的碘離子遷移，從而大幅提升了器件的穩(wěn)定性。該工作顯示了碗烯在鈣鈦礦表面修飾和改性上的巨大潛力和研究價值。

這項工作于近期發(fā)表在化學領域頂級期刊Journal of the American Chemical Society上，標題為“Surface Re-Engineering of Perovskites with Buckybowls to Boost the Inverted-Type Photovoltaics”。

論文鏈接為 ：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c05235

碗烯銨鹽分子對鈣鈦礦的表面重構實現(xiàn)電池光伏性能和穩(wěn)定性的提升

?? ?在這項工作中，北京大學深圳研究生院的楊世和教授和廈門大學的謝素原院士為共同通訊作者，北京大學深圳研究生院的博士后邢舟和南方科技大學博士后的安明偉為共同第一作者，實驗還得到了合作方南方科技大學郭旭崗教授團隊的支持。該項研究得到了國家自然科學基金、深圳市孔雀計劃項目、深港合作研究項目和中國博士后科學基金的資助。