表面陷阱介导的非辐射电荷复合是实现高效金属卤化物钙钛矿光伏的主要限制。使用有机分子的缺陷钝化已被确定为解决该问题的有吸引力的方法。然而，由于缺乏对分子结构如何影响钝化效果的深刻理解，这种方法的实施受到阻碍。近日，美国加州大学杨阳，Rui Wang，Jingjing Xue以及苏州大学Kai-Li Wang，Zhao-Kui Wang（加州大学）等人系统研究了茶碱，咖啡因和可可碱对(FAPbI3)x(MAPbBr3)1−x表面缺陷的钝化。在这些分子中，共轭结构以及由杂原子诱导的偶极子倾向于增加分子间的相互作用。这使得它们本质上是不易挥发的，这是研究其与钙钛矿缺陷和钙钛矿长期稳定性相互作用的关键。当分子中的NH和C=O处于最佳构型时，NH和I（碘）之间的氢键形成有助于主C=O与反位Pb（铅）缺陷的结合，从而使表面缺陷结合最大化。用茶碱处理后的光伏器件的稳定功率转换效率高达22.6％。
图1 三种不同化学环境中C=O基团的表面缺陷识别及结构构型。
图4 通过茶碱处理增强了钙钛矿型太阳能电池的光伏性能和长期稳定性。Constructive molecular configurations for surface-defect passivation of perovskite photovoltaics, Science 366 (6472), 1509-1513. DOI: 10.1126/science.aay9698
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