研究团队提出了一种通过手性分子工程来最小化钙钛矿太阳能电池界面能量损失的策略。研究者使用S-布洛芬（S-IBU）、R-布洛芬（R-IBU）和外消旋布洛芬（rac-IBU）对钙钛矿薄膜进行后处理，以改善界面缺陷和调节界面能带排列。研究发现，rac-IBU分子在钙钛矿表面具有最强的锚定能力，提供了最佳的缺陷钝化效果，并且其疏水的异丁基和苯环增强了薄膜的耐湿性。
本文要点
1，界面修饰效果：发现rac-IBU分子在钙钛矿表面具有最强的锚定作用，从而提供了最佳的缺陷钝化效果。
2，疏水性增强：由于分子中的异丁基和苯环，增强了薄膜的耐湿性。
3，能带排列调节：通过rac-IBU修饰实现了更有利的能带排列，有助于抑制界面非辐射复合。
研究背景
钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其出色的光电性能而备受关注，但界面缺陷和能量障碍限制了其功率转换效率（PCE）和长期稳定性。
研究内容
研究者使用S-布洛芬（S-IBU）、R-布洛芬（R-IBU）和外消旋布洛芬（rac-IBU）对钙钛矿薄膜进行后处理，以改善界面缺陷和调节界面能带排列。研究发现，rac-IBU分子在钙钛矿表面具有最强的锚定能力，提供了最佳的缺陷钝化效果，并且其疏水的异丁基和苯环增强了薄膜的耐湿性。通过真空闪蒸技术制造的基于rac-IBU的设备展现出超过24%的高效率，并且在封装后能够保持其初始性能的90%长达1040小时。
以下是主要图解：
图1. (a) R-IBU和S-IBU的分子结构。基于DFT计算，钙钛矿与 (b) 外消旋布洛芬（rac-IBU）、(c) S-IBU和 (d) R-IBU的优化结构。(e) 经IBU改性的薄膜的圆二色光谱。未改性和经 (f) rac-IBU、S-IBU和R-IBU改性的钙钛矿薄膜的XPS光谱，分别为 (f) Pb 4f和 (g) I 3d。(g) 经rac-IBU、S-IBU和R-IBU改性的PbI2薄膜的FTIR曲线。(h) 对照组和改性钙钛矿薄膜的SEM图像，分别为 (i) rac-IBU、(j) S-IBU和 (k) R-IBU。(l) 对照组钙钛矿薄膜和通过 (m) rac-IBU、(n) S-IBU和 (o) R-IBU改性的钙钛矿薄膜的GIWAXS图案。
图2. (a) 对照组和改性器件的光伏参数（PCE、Voc、Jsc和FF）的统计分布图。(b) 在反向扫描（RS）和正向扫描（FS）中表现最佳的对照组和改性器件的J-V曲线。(c-f) 对照组以及S-IBU、R-IBU和rac-IBU改性钙钛矿薄膜的KPFM图像。比例尺的单位为毫伏。(g) 对照组和改性钙钛矿薄膜的UPS光谱。(h) 对照组和改性器件的能级图。
图3. (a) 经及未经rac-IBU后处理的钙钛矿薄膜的稳态光致发光（SSPL）和 (b) 时间分辨光致发光（TRPL）光谱。(c) 仅孔器件（ITO/PTAA/钙钛矿/Spiro-OMeTAD/Ag）在有无rac-IBU情况下的暗I−V曲线。(d) 在室温下，1太阳光照条件下，偏压为0V时，频率范围在1MHz至0Hz的PSCs有无rac-IBU钝化情况下的Nyquist图。(e) 对照组和rac-IBU改性PSCs的Mott-Schottky图。(f) 对照组和rac-IBU改性PSCs在不同光照强度下的开路电压（VOC）依赖性。(g) 对照组和rac-IBU改性器件的瞬态光电流（TPC）和 (h) 瞬态光电压（TPV）曲线。(i) 对照组和rac-IBU改性器件的频率响应。
图4. (a) 对照组和 (b) rac-IBU改性PSC器件的实物图和光束诱导电流（LBIC）映射。(c) 对照组和 (d) 在85 ± 5%相对湿度下老化5天的rac-IBU改性钙钛矿薄膜的扫描电子显微镜（SEM）图像。(e) 在100 mW/cm²的白光LED照射和30 ± 5%相对湿度下，封装后的对照组和rac-IBU改性倒置PSCs在最大功率点（MPP）的稳定性。
总结与展望
研究团队选用了S-布洛芬（S-IBU）、R-布洛芬（R-IBU）和外消旋布洛芬（rac-IBU）对钙钛矿薄膜进行后处理，以修复界面缺陷和调节能带排列。实验结果表明，rac-IBU因其在钙钛矿表面的最强锚定能力，展现出最佳的缺陷钝化效果。此外，引入的疏水性异丁基和苯环增强了薄膜的耐湿性。通过这种手性分子工程策略，优化了钙钛矿太阳能电池的界面性能，显著提高了器件的效率和稳定性。
文献详情
Xuefan Zhao, Zuolin Zhang, Yunfei Zhu, Fanbin Meng, Mengjia Li, Chenglin Wang, Wenhuan Gao,
Yinsu Feng, Ru Li,* Dongmei He,* Jiangzhao Chen,* and Cong Chen*
Nano Lett. 2023, 23, 11184−11192
