北京大學(xué)在鈣鈦礦太陽能電池研究中取得重要進(jìn)展

北京大學(xué)物理學(xué)院凝聚態(tài)物理與材料物理研究所、人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙清教授課題組與合作者開發(fā)了一種多功能襯底羥基化方法，為后續(xù)自組裝單分子層的錨定提供了致密且穩(wěn)定的鍵合位點(diǎn)，從而構(gòu)建了高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池。該成果以《鍵合位點(diǎn)工程實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池均勻牢固的自組裝單層》（“Engineering bonding sites enables uniform and robust self-assembled monolayer for stable perovskite solar cells”）為題，于2025年6月24日在線發(fā)表于《自然·材料》(Nature Materials)。 kKk 
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作為一種清潔能源，太陽能技術(shù)的發(fā)展有助于降低人類對化石能源的依賴并顯著緩解當(dāng)前緊迫的環(huán)境問題。鈣鈦礦作為一種新型光伏半導(dǎo)體，由于獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的光電性質(zhì)，在光電器件領(lǐng)域備受關(guān)注。錨定在透明導(dǎo)電金屬氧化物氧化銦錫（ITO）上的超薄自組裝分子單層（SAM）由于優(yōu)異的電荷傳輸性能，使鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率近年來得到飛速提升。然而SAM層厚度小于5nm，構(gòu)筑均勻致密且穩(wěn)定的超薄SAM在實(shí)驗(yàn)上具有極高挑戰(zhàn)性。ITO表面的羥基基團(tuán)作為SAM分子的鍵合位點(diǎn)，直接決定了SAM層的分布和錨定穩(wěn)定性。傳統(tǒng)基于紫外臭氧處理ITO羥基化的方法在ITO表面構(gòu)建的羥基密度和穩(wěn)定性都有待進(jìn)一步提升。鑒于此，趙清課題組與合作者提出了一種溶液基快速羥基化刻蝕策略，在ITO表面構(gòu)筑高密度，均勻且穩(wěn)定的共價(jià)鍵合羥基基團(tuán)，為后續(xù)SAM高質(zhì)量錨定提供了高質(zhì)量的鍵合位點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池的構(gòu)建。 6_}){ZR  
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鍵合位點(diǎn)工程 CH
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全新羥基化蝕刻方法顯著增加了ITO表面的羥基含量，通過調(diào)整羥基化溶液的成分和溫度，ITO的全面有效羥基化甚至可以在15秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)，將水接觸角從46°降低到4°，使表面從疏水變?yōu)槌�親水，大大縮短了鈣鈦礦太陽能電池的制造時(shí)間。該方法獲得的羥基基團(tuán)可穩(wěn)定地錨定在ITO表面上，3個(gè)月后ITO仍然保持超親水性（圖1）。此外，羥基化蝕刻還在新暴露的ITO表面上產(chǎn)生了額外的氧空位（即未配位的銦離子）。未配位的銦離子可以通過共享O原子上的孤對電子與SAM分子形成配位鍵，產(chǎn)生新的化學(xué)鍵合模式，進(jìn)一步加強(qiáng)了后續(xù)SAM層的錨定。  IOES3