近日，我校化学与分子工程学院，材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心吴永真教授和波茨坦大学Martin Stolterfoht博士团队合作，通过功能化的碳硼烷材料作为界面层大幅降低了钙钛矿电池中钙钛矿/C60界面严重的非辐射复合问题，相关研究结果以“Overcoming C60-induced interfacial recombination in inverted perovskite solar cells by electron-transporting carborane” 为题发表于《自然·通讯》上。
反式结构钙钛矿太阳能电池由于其更好的稳定性，更易于放大和集成等特点，被认为是最有望实现商业化的新一代光伏电池。然而，反式钙钛矿电池中的钙钛矿/C60界面存在严重的非辐射复合损失，限制了其单节及叠层器件效率的提升，亟需更高效的界面层或电子传输层来突破该瓶颈。为了解决这些复合损失，该工作引入了具有球状分子结构和三维芳香性的邻碳硼烷作为界面材料。通过荧光量子产率及导电AFM等测试，证实了苯胺基修饰的邻碳硼烷有效的钝化了钙钛矿表面，同时消除了钙钛矿/C60界面的非辐射复合损失。该工作同时研究了碳硼烷作为电子传输材料的潜力，在阻挡空穴的同时提升界面电子传输。通过此种策略，该工作实现了超过了23%的光电转换效率，以及低至110 mV的非辐射电压损失。器件在400小时最大功率点追踪下保持初始效率的97%。基于碳硼烷的界面层同时实现了钝化，电子传输和空穴阻挡，为更高效和稳定的反式钙钛矿太阳电池提供了新的界面功能材料。
该论文第一作者是博士生叶方圆，通讯作者是吴永真教授和Martin Stolterfoht博士，工作得到了田禾院士和朱为宏教授的大力支持和悉心指导。此外，我校王海丰教授及博士生吴佳蔚在理论计算方面提供了诸多帮助。研究工作得到了国家自然科学基金委、上海科技重大专项、高等学校学科创新引智计划、中央高校基本科研业务费等项目资金的支持。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34203-x