01 导引

二茂铁衍生物为基础的有机金属化合物，具有高稳定性、低成本和与钙钛矿组分显著相互作用的特点，可以修复了钙钛矿缺陷。胡汉林团队针对钙钛矿/电子传输层（ETL）的电荷重组及反相钙钛矿太阳能电池(PSCs)中的界面电荷转移进行研究。

本次工作通过将有机金属二茂铁分子FcTTPc合成并用于到钙钛矿/ ETL界面修饰，FcTTPc分子中的羧酸盐和噻吩基团与钙钛矿组分强烈相互作用，有效钝化界面缺陷。此外，FcTTPc的噻吩基团可以与ETL进行牢固的π-π相互作用，从而增强界面电荷传输。在用FcTTPc进行界面改性之后，实现了能级的改进排列，显著优化了载流子传输。

02 实验概述

实验中，利用新设计的有机金属分子（Ferrocenyl-bis-thieno [3,2-b]thiophene-2-carboxylate）FcTTPc有效地功能化了p-i-n构型的钙钛矿/PCBM界面，利用了位于中心二茂铁基元周围的固有羧酸盐和噻吩基团。

ESP分析过程中发现FcTTPc中O和S驱动着钙钛矿与FcTTPc界面形成稳定的化学相互作用。红外光谱和XPS等技术的应用验证了FcTTPc与钙钛矿组分之间发生的精确化学相互作用（图1）以及FcTTPc分子和PCBM之间的相互作用。

Figure 1. (a) The schematic diagram of interface modification in inverted perovskite solar cells via FcTTPc and the chemical structure of FcTTPc molecule. (b) Infrared spectrum of FcTTPc and FcTTPc+PbI₂ samples. (c) XPS spectrum of Pb element in control and FcTTPc-modified perovskite samples. (d) Infrared spectrum of PCBM and FcTTPc + PCBM samples. (e) The binding energy of Fc, FcTc₂ and FcTTPc with perovskite, respectively. (f) The binding energy of Fc, FcTc₂ and FcTTPc with PCBM, respectively.

研究过程中还探索FcTTPc分子修饰对钙钛矿相态的影响，发现FcTTPc分子不影响钙钛矿晶粒尺寸，但降低钙钛矿表面粗糙度。

Figure 2. AFM images of (a) control and (b) FcTTPc-modified perovskite films. KPFM tests of (c) control and (d) FcTTPc-modified perovskite films. (e, f) Corresponding CPD statistics of KPFM tests. UPS spectrum of (g) control and (h) FcTTPc-modified perovskite films. (i) The energy level diagram.

探究其二茂铁对钙钛矿内部结晶性影响，团队还进行了GIWAXS技术（SAXSFocus 3.0系统，安徽国科，GKINST Co.,LTD.），与其他对照组不同，发先其结晶不会受到来自二茂铁中化学键提供的化学作用力影响。其对钙钛矿结晶性的影响可以忽略不计。

Figure 3. GIWAXS spectra of control and FcTTPc-treated perovskite films; The integration of perovskite 2D GIWAXS patterns.

03 总结

在本次工作中，通过FcTTPc分子的界面修饰，冠军PSC实现了25.39%的PCE。在40%的相对湿度条件下，FcTTPc改性的器件在1500小时内保持其初始效率的96%以上。更多研究内容可以查阅论文原文。

研究中利用GIWAXS技术可以观察钙钛矿的结晶性，更一步的论证了二茂铁在用于钙钛矿层和电子传输层的作用，增加的界面电荷传输，并使其具有更优越的能级对准，使用FcTTPc分子的界面修饰诱导了非辐射重组的减少，并优化了界面电荷输运。

[1]Liang X, Xia H, Xiang J, et al. Facile Tailoring of Metal‐Organic Frameworks for Förster Resonance Energy Transfer-Driven Enhancement in Perovskite Photovoltaics[J]. Advanced Science, 2024, 11(18): 2307476.

DOI: 10.1002/advs.202307476

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