巧用分子结构调控钙钛矿太阳能电池中的配体

钙钛矿太阳能电池要达到高效率和长寿命，关键在于解决钙钛矿层与上下电荷传输层交界处（即界面）的能量损失问题。这类损失主要源于界面处的原子级缺陷（如空位），会捕获电荷、降低效率并加速器件老化。过去常用有机小分子配体来‘修补’这些缺陷，但传统配体往往呈竖直方向吸附在钙钛矿表面，反而拉长了电荷跨界面传输的路径，不利于高效导电。本文提出一种新思路：通过‘立体电子效应调控’——即精准设计配体分子的化学结构与空间取向——来优化其在界面的吸附方式。研究人员将苯环中的碳原子替换成氮原子，构建出含吡啶或嘧啶环的配体分子。这种改造使同一个分子既能通过铅-氮（Pb–N）配位键、又能借助铅-碘-π（Pb–I–π）相互作用，双管齐下地牢固结合在钙钛矿表面。这两种结合方式相互促进，促使配体在界面自然平铺排列，既在原子尺度上‘填补’了缺陷，又保持了不到1纳米的超短电荷传输距离，兼顾了缺陷钝化与高效导电。采用该技术的太阳能电池，经权威认证的反向扫描和正向扫描光电转换效率分别达27.41%和26.35%，长期运行功率稳定在26.85%；更关键的是，在真实户外环境中连续工作258天后，组件效率仍保有初始值的85.8%，展现出极强的实用潜力。