中山大学郭佳副教授与澳门大学、深圳大学联合发表最新Joule:分子配位稳定内建电场以实现高效钙钛矿太阳能电池

第一作者：陈颖，余德见，邱小松

通讯作者：郭佳*，李瑛*，邢贵川*

单位：中山大学，深圳大学， 澳门大学

钙钛矿太阳能电池（PSCs）近年来因其光电转换效率（PCE）的快速提升而受到广泛关注。其工作原理依赖于异质结，其中内建电场（BIEFs）驱动着电荷载流子的分离与抽取。然而，一个基本的矛盾在于：虽然内建电场是由界面处少数载流子的积累所建立的，但高质量钙钛矿材料具有比较低的本征载流子浓度（~1014 cm-3），远低于1 sun光照下光注入载流子的浓度（1015–1016 cm-3）。因此，PSCs中的内建电场在工作过程中容易被光注入的载流子动态屏蔽，这不仅对器件性能的优化构成重大挑战，也严重影响了器件在光照波动下的稳定性。以往的研究主要采用传统的界面钝化策略来解决由缺陷引起的静态BIEF屏蔽问题。然而，由光注入载流子诱导的动态BIEF屏蔽效应仍未得到充分研究。

中山大学郭佳与澳门大学及深圳大学的合作团队在Joule上发表题为“Molecular Coordination Stabilizes Built-in Electric Fields for Efficient Perovskite Solar Cells”的研究论文。该研究提出了一种分子配位策略来构筑稳固的内建电场。具体地，将PO-T2T通过加入到反溶剂中的方式引入到钙钛矿表面区域。PO-T2T与钙钛矿层中的缺陷（即未配位的Pb2+）发生配位，形成高密度局部分子偶极（~1016 cm-3），从而显著增强内建电场以抵抗光照屏蔽效应。同时，该分子配位策略还能实现有效的缺陷钝化，并形成有利于载流子提取的界面能带排列。该研究首次赋予钙钛矿太阳能电池抵抗光照强度波动所导致性能不稳定的能力，特别是在强光照条件下的性能衰减问题。基于该分子配位策略，优化器件获得了27.01%（认证效率26.71%）的PCE以及优异的稳定性。

本研究通过在反溶剂中引入含有强路易斯碱性基团的大体积分子 PO-T2T，其与钙钛矿中未配位铅发生强配位作用，实现结晶调控，改善薄膜质量。

DP-UPS表征显示从表面到体相存在明显的功函数梯度，表明表面附近形成了能带弯曲，增强了载流子分离的驱动力。ITO/perovskite/Cu两端器件测试进一步证实，对照器件呈欧姆接触特性，而PO-T2T处理后的器件展现出明显的整流特性，证明分子配位成功构筑了稳定的BIEF。该内置电场即使在连续光照下仍能保持稳定，具有较强的抗光生载流子屏蔽能力。

通过分子配位实现了对钙钛矿缺陷的有效钝化。PO-T2T处理后的PL强度显著增强，载流子寿命明显延长，有效降低了界面陷阱密度，改善了载流子动力学，显著减少了界面能量损失。

小面积反式钙钛矿电池PCE达到27.01%（认证26.71%）。器件在85 °C热存储（ISOS-D-2I）1100小时后仍保持初始效率的89%；65 °C下最大功率点连续运行（ISOS-L-2）1200小时后保留87%的初始效率，均显著优于对照器件。

Molecular coordination stabilizes built-in electric fields for efficient perovskite solar cells

陈颖：博士研究生。主要研究反式钙钛矿太阳能电池的界面管理机制，包括缺陷钝化、能级调控、载流子动力学优化以及界面工程等策略，并包括高效稳定的钙钛矿/硅叠层电池设计。

郭佳博士，中山大学柔性电子学院副教授，博士生导师，博士后合作导师。研究方向包括钙钛矿材料及其光电转换器件、异质结载流子动力学等，围绕“材料结构-光物理机制-光电子应用间的内在关联”展开。近五年，以通讯/第一作者身份在Nature Communications、Light Science & Applications、Angewandte Chemie、Advanced Functional Materials、Nano-micro Letters等期刊发表论文十余篇，申请/授权中国专利5项、国际专利1项。担任Light Science & Applications、Energy Environmental Materials、ACS Applied Materials & Interface、Nanoscale等期刊审稿人。曾获澳门特别行政区科学技术自然科学奖二等奖等荣誉。（个人主页：https://sofe.sysu.edu.cn/zh-hans/teacher/419）

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