文章题目：Angew: 通过π-Pb2+相互作用降低缺陷密度和增强空穴提取，实现高效钙钛矿太阳能电池

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研究背景

钙钛矿太阳能电池是实现太阳能光电转换的最直接的器件之一，其具有高光吸收系数、直接和可调带隙和长载流子扩散长度等优点。钙钛矿太阳能电池 (PSC) 的光电转换效率 (PCE) 经过十余年的发展从最初的 3.8% 上升到25.5%，具有巨大的发展前景。虽然取得较快发展，25.5%仍低于单结太阳能电池理论Shockley-Queisser值（约30 %），具有较大的改进空间。钙钛矿固有的高缺陷密度和器件界面处的能级不匹配可能导致强大的电荷复合和低效的电荷提取，从而限制了钙钛矿太阳能电池性能的改善。分子掺杂是降低钙钛矿缺陷密度和提高钙钛矿太阳能电池界面电荷提取的一种重要方法。

研究简介

基于此，青岛科技大学周忠敏教授课题组、李明教授课题组和青岛能源所逄淑平研究员课题组开展合作研究，开发了一种新的有机小分子1-(4-溴苯基)-6,7-二苯基咪唑并[5,1,2-cd]吲哚嗪（PDPII），通过有机小分子化学掺杂策略来提高钙钛矿太阳能电池的性能。该分子具有稠合的三环核，其π电子云可以与钙钛矿中未配位的 Pb2+形成强的分子间π-Pb2+ 相互作用。这种π-Pb2+相互作用可以降低钙钛矿的缺陷密度并抑制非辐射复合，并且通过π-Pb2+相互作用的掺杂可以加深表面电位并降低掺杂钙钛矿薄膜的功函数，从而促进空穴的提取。

PDPII改善的钙钛矿薄膜的晶粒尺寸（SEM图像）与未掺杂的钙钛矿薄膜的晶粒尺寸大小相比无明显差异，但是可以明显看出化合物PDPII分布在钙钛矿的晶界和薄膜表面，从钙钛矿薄膜的光致发光(PL)图也可以看到，蓝点(PDPII)均匀分布在钙钛矿薄膜中。（a,c,e和b,d,f分别为未掺杂PDPII和掺杂PDPII钙钛矿薄膜）

另外与对照钙钛矿薄膜相比，费米能级更接近掺杂钙钛矿薄膜的价带边缘，这增强了空穴提取并有利于掺杂器件获得更高的 VOC。

掺杂的钙钛矿太阳能电池在AM 1.5G全光谱照射下实现了21.41%的光电转换效率，达到了80%的高填充因子，与控制器件相比，经过掺杂的器件的迟滞效应从9.9%减小到0.3%，这可能源于掺杂器件的低电荷复合和有效的电荷提取。此外研究了器件的稳定性，暴露在相对湿度(RH)约20%的空气中，掺杂的器件在存储1300小时后仍大约保留初始光电转换效率的94%，而未掺杂的器件在相同条件下只保持了原光电转换效率的87%。持续光照下，掺杂的器件封装后260 h性能没有衰减，而控制器件封装后持续 250 h性能降为原来的60%，衰减明显。

最终，PDPII改善的器件显示出21.41%的高效率，具有可忽略的滞后性和更高的稳定性，这种三环核掺杂策略为设计新有机材料以提高器件性能提供了一个新的视角。该成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition。

论文信息

zhongmin zhou, Li-rong Wen, Yi Rao, Mingzhe Zhu, Ruitao Li, Jingbo Zhan, Linbao Zhang, Li Wang, Ming Li, and Shuping Pang. Reducing defects density and enhancing hole extraction for efficient perovskite solar cells enabled by π-Pb2+ interaction. Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.202102096

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202102096

作者简介

文丽荣：教授，硕士生导师。1992年获北京师范大学分析化学专业硕士学位，2006年获南京工业大学生物化工专业博士学位。现主要从事具有生物活性的有机含氮、硫及氧杂环化合物及药物的合成方法学研究及应用。已发表SCI收录论文80余篇。

张林宝：副教授，硕士生导师。博士毕业于郑州大学，导师宋毛平教授，主要研究廉价金属催化的C-H键的官能团化反应，发展了一系列化合物分子合成的新策略新方法，目前已发表SCI论文20余篇，被引600余次。其中在Angew. Chem. Int. Ed.发表论文两篇，ACS Catalysis 一篇，Chemical Science一篇，两篇ESI高引论文， 2016年被评为河南优秀毕业生，博士论文被评为河南省优秀博士论文。

王莉：副教授，2013年获青岛科技大学材料学博士学位，2014年被聘为青岛科技大学副教授，硕士研究生导师。近年来，在Adv. Energy Mater., ACS Energy Lett., J. Phys. Chem. C，CrystEngComm，Materials Science and Engineering B，Materials Chemistry and Physics等国内外杂志发表论文20余篇，其中SCI收录的论文20余篇。

李明：教授，1986年毕业于陕西师范大学，获理学学士学位；1992年毕业于兰州大学，获理学硕士学位，2004年毕业于南开大学，获理学博士学位。多年来一直从事具有生物活性的杂环化合物的设计、合成及有机合成方法学研究工作。目前科研工作主要集中在：（1）新型串联反应研究；（2）过渡金属催化反应；（3）具有生物活性的杂环结构单元的方法学研究；（4）绿色化学；（5）精细有机合成和药物合成。以第一作者或通讯联系人在Angew. Chem. Int. Ed., Green Chem., Org. Lett., Chem. Commun., Adv. Synth. Catal., Org. Chem. Front., J. Org. Chem.等知名期刊发表SCI论文90余篇。

逄淑平：研究员，博士生导师。2011年毕业于德国马普高分子所/美因茨大学，获化学博士学位， 2011年10月起于中科院青岛生物能源与过程所工作。主要从事半导体材料与光伏器件的研究，作为负责人承担国家科技部国际合作项目，国家自然科学基金委面上项目、青年项目，青岛市战略性新兴产业培育计划项目等。先后在材料、化学等方面的国际权威杂志Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Chem等杂志发表相关论文60余篇。

周忠敏：教授，博士毕业于中国科学院化学研究所，师从有机化学家、物理化学家朱道本院士。自2014年7月份博士毕业以后，先后在中国科学院青岛能源所崔光磊研究员课题组（2014.7-2016.2），日本物质材料研究所（NIMS）韩礼元教授课题组（2016.3-2017.3）和日本东京大学Nakamura Eiichi 教授课题组（2017.4-2019.3）进行博士后研究，主要研究方向为钙钛矿太阳能电池和有机光电材料。近年来在该领域著名期刊已发表论文30多篇，包括Angew .Chem. Int. Ed.，J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Adv. Energy Mater. 等杂志。

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