廈門大學(xué)材料學(xué)院張金寶教授課題組在有機(jī)半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)制的研究中取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)圍繞有機(jī)空穴傳輸材料效率低和穩(wěn)定性差等問題開展了系列工作，改進(jìn)了材料沉積成膜的方法，深入探索了薄膜結(jié)構(gòu)影響器件穩(wěn)定性的規(guī)律，進(jìn)一步揭示了摻雜陰離子的工作機(jī)制。

盡管傳統(tǒng)真空蒸鍍方法具有操作簡(jiǎn)單、重復(fù)性好和易于規(guī)?；葍?yōu)點(diǎn)，但采用該方法制備的無(wú)摻雜有機(jī)空穴傳輸材料薄膜在太陽(yáng)能電池中轉(zhuǎn)換效率較低。張金寶教授團(tuán)隊(duì)提出一種改進(jìn)的蒸鍍方法，即利用溶劑蒸汽退火輔助熱蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)有機(jī)薄膜的微觀形貌和光電特性的有效調(diào)控，將鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件的轉(zhuǎn)換效率從14.68%提高到20.02%。此外，采用該方法制備的未封裝太陽(yáng)能電池展示出優(yōu)異環(huán)境和熱穩(wěn)定性。

相關(guān)成果以 “Evaporated Undoped Spiro-OmetaD Enables Stable Perovskite Solar Cells Exceeding 20% Efficiency”為題發(fā)表在期刊Advanced Energy Materials上，并被選為期刊封面。廈門大學(xué)材料學(xué)院2020級(jí)碩士研究生杜國(guó)政為該論文第一作者，張金寶教授和楊麗助理教授為該文共同通訊作者。

在上述工作中，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)蒸鍍方法制備的器件展示出非常強(qiáng)的光浸潤(rùn)現(xiàn)象(light soaking effects)，這嚴(yán)重影響器件性能的重復(fù)性。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)一系列的原位光電性能測(cè)試，系統(tǒng)研究了光照下空穴傳輸材料薄膜和界面處結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分的變化，揭示出光照誘發(fā)鈣鈦礦層中的離子向空穴傳輸層中發(fā)生了遷移，將界面處的有機(jī)空穴傳輸材料進(jìn)行摻雜，進(jìn)而有效提高了載流子的注入效率和改善了器件性能。該工作為理解有機(jī)空穴傳輸材料的的光浸潤(rùn)效應(yīng)提供了新思路。

相關(guān)工作以“Light Soaking Induced Halide Doping of Evaporated Spiro-OmetaD in Perovskite Solar Cells”發(fā)表在期刊 Laser & Photonics Reviews上。我院2020級(jí)研究生杜國(guó)政為論文的第一作者，張金寶教授和楊麗助理教授為論文的共同通訊作者。

為進(jìn)一步探究配位陰離子在有機(jī)空穴傳輸材料中的作用機(jī)制，該團(tuán)隊(duì)通過調(diào)控陰離子的電荷離域程度，深入研究了陰離子結(jié)構(gòu)和薄膜導(dǎo)電性及光伏性能間的內(nèi)在聯(lián)系。該研究發(fā)現(xiàn)低離域程度的陰離子有利于提高有機(jī)空穴傳輸材料摻雜效率，但導(dǎo)致薄膜導(dǎo)電性降低和器件效率降低。而且，低離域程度陰離子影響空穴傳輸過程中配位離子交換的速度，導(dǎo)致器件表現(xiàn)出嚴(yán)重的光浸潤(rùn)效應(yīng)。為解決該問題，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種鋰離子限域策略來(lái)調(diào)節(jié)陰離子解離動(dòng)力學(xué)，有效消除了器件光浸潤(rùn)問題，實(shí)現(xiàn)了器件效率和穩(wěn)定性的提升。

相關(guān)成果以“Anion modulated chemical doping of organic hole conductor boosts efficiency and stability of perovskite solar cells”為題發(fā)表在期刊Advanced Functional Materials上。廈門大學(xué)材料學(xué)院2021級(jí)碩士研究生董佩瑤為論文第一作者，張金寶教授和楊麗助理教授為文章共同通訊作者。

論文鏈接：

Advanced Energy Materials：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202103966?af=R

Advanced Energy Materials Journal Cover：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202270092

Laser Photonics Review：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/lpor.202200475

Advanced Functional Materials: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202211304

（來(lái)源：廈門大學(xué)材料學(xué)院）