廈門大學材料學院張金寶教授課題組在有機半導體導電機制的研究中取得重要進展。團隊圍繞有機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，進一步揭示了摻雜陰離子的工作機制。

盡管傳統(tǒng)真空蒸鍍方法具有操作簡單、重復性好和易于規(guī)模化等優(yōu)點，但采用該方法制備的無摻雜有機空穴傳輸材料薄膜在太陽能電池中轉(zhuǎn)換效率較低。張金寶教授團隊提出一種改進的蒸鍍方法，即利用溶劑蒸汽退火輔助熱蒸發(fā)，實現(xiàn)了對有機薄膜的微觀形貌和光電特性的有效調(diào)控，將鈣鈦礦太陽能電池器件的轉(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。廈門大學材料學院2020級碩士研究生杜國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，團隊發(fā)現(xiàn)蒸鍍方法制備的器件展示出非常強的光浸潤現(xiàn)象(light soaking effects)，這嚴重影響器件性能的重復性。該團隊設計一系列的原位光電性能測試，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，將界面處的有機空穴傳輸材料進行摻雜，進而有效提高了載流子的注入效率和改善了器件性能。該工作為理解有機空穴傳輸材料的的光浸潤效應提供了新思路。

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級研究生杜國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。

為進一步探究配位陰離子在有機空穴傳輸材料中的作用機制，該團隊通過調(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空穴傳輸材料摻雜效率，但導致薄膜導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，導致器件表現(xiàn)出嚴重的光浸潤效應。為解決該問題，團隊開發(fā)了一種鋰離子限域策略來調(diào)節(jié)陰離子解離動力學，有效消除了器件光浸潤問題，實現(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。廈門大學材料學院2021級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

（來源：廈門大學材料學院）