JACS：π-共軛偶極結構：通過協同偶極疊加實現太陽能電池陰極修飾、歐姆接觸與缺陷鈍化

陰極界面層（CILs）對于消除肖特基勢壘、增強太陽能電池內建電場至關重要。深入探索CILs的新型設計原理并闡明其工作機制，對發展新型CIL材料及提升器件性能具有關鍵意義。

本研究青島大學張安東、路皓、歐陽丹和北京師范大學薄志山等人精心設計了四種具有不同錨定基團和分子內偶極矩的偶極分子，旨在系統研究偶極分子作為陰極界面層的設計策略。通過協同利用分子內偶極與錨定基團-金屬電極間形成的偶極，Rh-Py可顯著增強界面偶極矩，不僅有效強化內建電場，還優化了有機太陽能電池的歐姆接觸，使其能量轉換效率突破20%。此外，Rh-Py與Pb2?之間的強相互作用可有效鈍化鈣鈦礦薄膜中的Pb2?缺陷。當作為鈣鈦礦太陽能電池的反溶劑添加劑時，Rh-Py能夠顯著降低非輻射能量損失、提高開路電壓，實現高達25.80%的效率。

本研究揭示了全共軛偶極分子作為新型界面層材料的設計原理，并展示了其在有機與鈣鈦礦太陽能電池中的多樣化應用潛力。

研究亮點：

1. 提出“雙偶極協同”設計新策略：通過將分子內偶極與錨定基團偶極結合于全π-共軛結構中，大幅增強界面偶極矩，有效調控電極功函數、提升內建電場，實現高效歐姆接觸。

2. 高性能有機太陽能電池：以Rh-Py為陰極界面層的器件效率突破20%，其分子偶極矩達7.12 D，在提升開路電壓、填充因子及電荷提取效率方面顯著優于對比分子。

3. 一材兩用，實現鈣鈦礦缺陷鈍化與界面優化：Rh-Py憑借強偶極及硫-鉛相互作用，可作為反溶劑添加劑有效鈍化鈣鈦礦薄膜中Pb2?缺陷，使鈣鈦礦電池效率提升至25.80%，展現多功能界面材料的潛力。

π-Conjugated Dipolar Structures: Synergistic Dipole Superposition for Cathode Modification toward Ohmic Contact and Defect Passivation in Solar Cells

Huanxiang Jiang, Guodong Yang, Xuewen Wang, Yuqi Wang, Andong Zhang, Hao Lu, Chenyi Zhang, Lei Cao, Dan Ouyang, and Zhishan Bo

Journal of the American Chemical Society Article ASAP

DOI: 10.1021/jacs.5c13145

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c13145

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