朱宗龍等人EES：金屬茂鹽作為可調控摻雜劑提升鈣鈦礦太陽能電池效率

通過外部摻雜產生自由載流子對于調控有機半導體（OSC）的電子性能至關重要。摻雜OSC在眾多電學和光電器件的成功運行中扮演關鍵角色，但摻雜劑設計仍面臨可加工性、穩定性及效能等挑戰。

本文香港城市大學朱宗龍和倫敦帝國理工學院Saif A. Haque等人介紹了一類基于金屬茂鹽的通式化p型摻雜劑（[M(C??H????)(X)?]?[Y]?），能夠滿足上述要求。該方法的關鍵在于能夠通過氧化還原活性金屬陽離子（M）和環戊二烯環上官能團（X）獨立調控陽離子，從而控制氧化強度；同時，通過對陰離子（Y）的調控，可以控制摻雜OSC?鹽的摻雜效能和穩定性。本研究系統探究了陽離子和陰離子結構對OSC摻雜的影響，闡明了用于摻雜劑設計的結構-性能關系。我們揭示了摻雜機制，并證明此類摻雜劑可將鈣鈦礦/OSC異質結處的空穴提取效率提升45%。使用金屬茂鹽摻雜劑的鈣鈦礦/OSC光活性層，相比使用傳統LiTFSI基摻雜劑的薄膜，對濕氣誘導降解的耐受性顯著增強。

最后，在n-i-p結構鈣鈦礦太陽能電池中展示了優化的二茂鐵鹽摻雜劑的應用，實現了無LiTFSI、無添加劑的器件，其光電轉換效率高達25.30%。

研究亮點：

1. “可調控”摻雜劑設計新策略
   提出基于金屬茂鹽（[M(Cp)?]?[Y]?）的摻雜劑平臺，可獨立調控陽離子（通過改變金屬中心M或環上官能團X）以精確匹配OSC的氧化電位，同時調控陰離子（Y）以優化摻雜效能與穩定性，為有機半導體摻雜提供了高度靈活的設計空間。

2. 高效、無鋰、空氣穩定的鈣鈦礦太陽能電池
   使用優化的二茂鐵鹽（如[Fc(Br)?][TFSI]）完全替代傳統吸濕、不穩定的LiTFSI和FK209共摻雜劑，制備的n-i-p結構鈣鈦礦太陽能電池實現了25.30%的最高效率（基準LiTFSI器件為24.59%），展現了卓越的性能替代潛力。

3. 顯著增強器件界面穩定性與空穴提取
   金屬茂鹽摻雜劑及其反應副產物中性二茂鐵能有效鈍化鈣鈦礦表面，誘導能帶彎曲并形成表面雜化態，從而提升空穴提取效率（最高提升45%）。摻雜后的空穴傳輸層表現出優異的耐濕性（高濕度下性能衰減遠低于LiTFSI），有助于提升器件整體環境穩定性。

Metallocenium Salts as Tunable Dopants for Enhanced Efficiency of Perovskite Solar Cells

T. Webb, V. Francesco, D. Gao, L. Zhu, W. Tremlett, A. Azaden, A. Rodgers, P. Jacoutot, A. J. P. White, S. Islam, N. J. Long, Z. Zhu and S. A. Haque, Energy Environ. Sci., 2025

DOI: 10.1039/D5EE05482F

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ee/d5ee05482f

學術交流QQ群

知光谷光伏器件學術QQ群：641345719

鈣鈦礦產教融合交流@知光谷（微信群）：需添加編輯微信

為加強科研合作，我們為海內外科研人員專門開通了鈣鈦礦科創合作專業科研交流微信群。加微信群方式：添加編輯微信pvalley2024，備注：姓名-單位-研究方向（無備注請恕不通過），由編輯審核后邀請入群。