image: 硼酸可以作为一种替代的锚定基团用于构建高效的钙钛矿太阳电池自组装空穴选择层。此外硼酸型空穴选择层可以实现连贯的钙钛矿-基底界面和高质量的钙钛矿薄膜。硼酸的弱酸性特点也提高了ITO基底和钙钛矿器件的界面稳定性。图片来源：郭焕鑫和吴永真教授。 view more
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研究团队利用硼酸作为锚定基团结合能级合适的富电子性芳香胺单元构建了一系列新型锚定自组装单分子层空穴传输材料，并验证了其从钙钛矿中抽取光生空穴的能力。硼酸锚定的空穴传输材料有着良好的透光性和空穴选择性。并且作者基于DFT理论计算和光电子能谱等表征进一步明确了硼酸锚定ITO的过程与机制，结果表明硼酸在ITO表面的吸附是自发放热过程，此外表面氧空位位点可以进一步促进这一吸附过程。
此外，硼酸型空穴选择层可以有效提升顶部钙钛矿的沉积质量，这主要是由于其对钙钛矿前驱体溶液良好的亲和性，有效地消除钙钛矿底部孔洞并提升薄膜的荧光寿命。
基于此，硼酸型SAM可以在反式钙钛矿器件中实现超过22.6%的器件效率，其中器件填充因子高达85.2%。作者团队还用这一材料进行了不同钙钛矿组分的尝试，结果表明硼酸自组装分子优异的浸润性可以在多种钙钛矿组分中均实现器件填充因子的提升。
更重要的是，硼酸基团的弱酸特性可以有效提升导电基底的界面稳定性，降低ITO基底的方阻损失。器件相应的工作及储存稳定性均得到了明显的提升，其中储存稳定性由原先450 h提升至2400 h，提升近5倍。此工作为设计新型SAM分子提供了新思路。
该工作由华东理工大学博士研究生郭焕鑫在吴永真教授的指导下完成，并得到了田禾院士和朱为宏教授的悉心指导，曹宵鸣教授为文章第一性原理计算方面提供了支持，工作得到了费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心、材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心、国家自然科学基金、张江树优博重点培育等项目支持。
研究详情请见原文：
Neglected acidity pitfall: boric acid-anchoring hole-selective contact for perovskite solar cells
https://doi.org/10.1093/nsr/nwad057
Journal
National Science Review