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摘要
台大化学系汪教授团队于《Advanced Functional Materials》的研究中发表，利用共平面异杂环核心A-D-A型分子有效地改进室内钙钛矿太阳能电池的效率。研究发现，通过将DTPTCY分子添加到电子传输层（ETL）中，可以有效地钝化钙钛矿界面缺陷，促进ETL/钙钛矿界面处的能带对齐，并提高载流子传输效率。采用 PCBM:DTPTCY 作为 ETL 的 Cs0.18FA0.82Pb(I0.8Br0.2)3 p-i-n 室内钙钛矿太阳能电池，在 TL84 和 3000K LED (1000 lux) 照明条件下分别实现了 37.2% 和 39.9% 的效率。
理解论文核心
室内钙钛矿太阳能电池 (PSCs) 是一种有潜力的可再生能源技术，特别是在低光照条件下，如室内或阴天环境。然而，室内 PSCs 的效率通常比室外 PSCs 低，这主要是由于钙钛矿材料中存在的缺陷，以及 ETL/钙钛矿界面处的能带对齐不佳所导致。Wong 教授团队的研究提出了一个创新的解决方案，通过使用共平面异杂环核心 A-D-A 型分子作为 ETL 改性剂，有效地钝化了钙钛矿界面缺陷，并提高了室内 PSCs 的效率。
研究方法
研究团队使用了一种新的 A-D-A 型分子，DTPTCY，作为 ETL 改性剂。DTPTCY 具有共平面异杂环核心，可以有效地与钙钛矿材料的表面相互作用，并钝化缺陷。研究人员通过改变 DTPTCY 的浓度，研究了其对室内 PSCs 性能的影响。他们还使用了一系列的表征技术，包括 X 射线衍射、原子力显微镜、紫外光电子能谱、电化学阻抗谱和瞬态光致发光等，来分析 DTPTCY 的改性机制。
研究成果
成功利用 DTPTCY 钝化了钙钛矿材料的缺陷，改善了 ETL/钙钛矿界面处的能带对齐，提高了载流子传输效率。
室内 PSCs 的效率显著提高，在 TL84 和 3000K LED (1000 lux) 照明条件下分别达到了 37.2% 和 39.9%。
DTPTCY-基于的器件表现出显著的稳定性，在 40% 相对湿度 (RH) 的环境空气中存放 30 天后，仍然保持了 87% 的初始功率转换效率 (PCE)，而未改性的器件仅保持了 67% 的初始 PCE。
研究团队在研究中使用了光焱科技的 QE-R 量子效率测试系统。
研究意义
汪教授团队的研究表明，共平面异杂环核心 A-D-A 型分子能够有效地改进室内 PSCs 的性能，这为室内 PSCs 的发展提供了新的方向。该研究成果对于推动室内照明太阳能技术的应用具有重要的意义。
未来展望
团队的研究成果再次证明了分子设计和材料改性在提高钙钛矿太阳能电池性能方面的关键作用。为室内 PSCs 的发展打开了新的大门，未来可以继续探索更有效的 A-D-A 型分子，以进一步提升室内 PSCs 的性能。研究团队也将继续关注提升室内 PSCs 的稳定性，以及探索其在各种室内环境中的应用。
Reference
ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS, First published: 29 December 2023
