磁场“激活”手性分子与钙钛矿的强相互作用：光伏薄膜的高结晶取向调控

以下文章来源于中国科学杂志社 ，作者《国家科学评论》

在清洁能源领域，金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）已成为引人瞩目的焦点，其认证功率转换效率（PCE）已经飙升至26.1％，接近传统晶体硅电池理论的上限。提升太阳能光伏器件性能的关键在于高质量钙钛矿薄膜的制备，即实现低缺陷态密度和出色的均匀性。常用的方法是在钙钛矿薄膜结晶过程中引入特定钝化分子，以消除缺陷或抑制无用组份。然而，在钙钛矿（ABX3）材料中，传统的优化策略对于A、B以及X位点与处理分子间的相互作用的强度存在局限性。

针对这一挑战，《国家科学评论》近期发表的研究引入了一种创新的方法来调控金属卤化物钙钛矿的结晶取向。苏州大学功能纳米与软物质研究院的王照奎教授课题组与他们的合作者们利用手性分子的固有性质，在钙钛矿中引入手性分子，在手性分子与钙钛矿中的甲脒（FA）离子之间建立了一种基于磁偶极矩的量化作用。

如示意图所示，在钙钛矿薄膜的结晶过程中，不可避免地会产生对器件性能产生副作用的δ相，且晶体结构的有序性难以保证。通过简单使用手性钝化分子可以有效调控钙钛矿薄膜的组成，消除或抑制缺陷生成，但磁偶极矩的作用过小，可以忽略。这种情况下，钙钛矿薄膜很难做到整体有序均一。有趣的是，外加磁场可以有效增强和调控FA离子与手性分子之间的磁偶极矩，基于自旋轨道耦合效应，磁场与磁偶极矩的相互协同使得钙钛矿薄膜的组份优化的同时，还可以精确调控钙钛矿多晶薄膜的结晶取向。

基于磁场调控手性钝化分子优化钙钛矿结晶取向的原理示意图。

基于土耳其马尔马拉大学Ilhan Yavuz教授课题组的理论计算支持，结合上海同步高兴宇研究员团队的原位结晶过程检测，该研究从理论与实验同时验证了这一协同策略的可行性。与传统钝化方法相比，该策略使手性钝化分子与钙钛矿之间的相互作用强度增加了数倍，从而清晰地观察到钙钛矿薄膜结晶强度与取向均一性的显著改善。

钙钛矿与手性分子在有无磁场条件下的结合能计算。

这一创新性策略立足于磁场作用下手性分子与钙钛矿之间的独特作用，不仅提高了光伏器件的效率，还有效提高了器件的稳定性，为制备高效稳定的钙钛矿光伏器件提供了新的途径。

转自：“知社学术圈”微信公众号

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