科研专栏 / ENLITECH
作者：中国科学院大连化学物理研究所李灿团队
DOI: 10.1039/d1ee02248b
Energy & Environmental Science (IF 38.532) 在近期发表一项研究，探讨可用于倒置钙钛矿太阳能电池的羟基化非富勒烯受体，并达成 22.09% 高效率。在过去十年中，有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳能电池 (PSC) 引发了广泛的研究，功率转换效率 (PCE) 也接连提高。与传统 n-i-p 结构的 PSC 相比，倒置 p-i-n 结构的 PSC (i-PSC) 表现出可忽略不计的迟滞现象和可用于构建串联太阳能电池的潜力。但是，由于缺陷态的非辐射复合和电子传输层的能量不匹配，i-PSC 的功率转换效率 (PCE) 仍然落后于传统电池。
在此研究中，为同时减少缺陷和改善电子传输，研究团队使用羟基化非富勒烯受体 NFA (称为 IT-DOH) 来修饰钙钛矿和电子传输层 (ETL) 间的界面。IT-DOH 分子主要分布在晶粒边界处，并以三种方式起作用：
第一，与参考分子 ITIC 相比，除了 -CN 和 -C=O 基团外，额外的 -OH 还可以与 Pb2+ 进一步钝化钙钛矿薄膜的缺陷，并更有效地抑制非辐射复合。
第二，ITDOH 的 LUMO 能级形成级联能级排列，并促进电子提取。
第三，由于分子间氢键相互作用引起的共轭面拉长，IT-DOH 分子呈现出长程有序的分子排列和正面取向，有利于电子从钙钛矿传输到 ETL。
通过光焱科技太阳光模拟器进行电流密度-电压 (J−V) 量测、正向扫描和反向扫描，并以光焱科技 QE-R 量子效率测量系统进行外部量子效率 (EQE) 检测。研究结果发现，经 IT-DOH 处理的 i-PSC 在实现了 22.09% 的 PCE，是目前已发表有关 NFA i-PSC 论文中的最高值。此研究也证实 NFA 分子的羟基化对于减少缺陷和改善电子提取/传输非常重要。
光焱科技量子效率测量系统除了用于太阳能电池的 EQE (External Quantum Efficiency) 光谱分析，同时对于太阳能电池在太阳光模拟器下的短路电流，也提供了Jsc (short-circuit current density) 的比对，以证明实验的准确性。此外，光焱科技的SS系列太阳光模拟器与 KA-6000 软件，也同时提供了短路电流对时间变化的监控，以证明太阳能电池的稳定性。
图表解析
IT-DOH的化学结构和钙钛矿薄膜的沉积过程。
CsFAMA PSC 的 EQE 曲线和 Jsc。
反向和正向扫描的 J-V 曲线，包含 IT-DOH 处理的 (a) CsFAMA 钙钛矿和 (b) CsFA 钙钛矿。
本文关键词：
非富勒烯受体、 non-fullerene acceptor、NFA、 倒置钙钛矿太阳能电池、p-i-n PSC、太阳光模拟器、Solar Simulator 、量子效率、Quantum Efficiency
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