南开大学刘永胜Angew：效率突破20%的二维Ruddlesden-Popper钙钛矿太阳能电池

二维（2D）Ruddlesden-Popper（RP）钙钛矿已成为有前景的光伏材料。然而，由于绝缘间隔层导致的大介电失配和高激子结合能，其光伏效率的进一步提升受到限制。

本文 南开大学刘永胜等人 开发了两种半导体间隔层，即MeBThMA和CNBThMA，用于2D RP钙钛矿太阳能电池。与MeBThMA相比，具有给体-受体（D-A）结构的CNBThMA间隔层表现出更大的偶极矩，并在单晶中采用面对面分子堆叠排列。这种独特的D-A结构有效消除了有机和无机层之间的介电失配，有助于能级的形成，调节各向异性电荷传输特性，并改善层状RP钙钛矿的薄膜质量。

因此，基于CNBThMA（名义n = 5）的器件实现了20.82%的冠军效率，这是迄今为止使用半导体间隔层的2D RP钙钛矿太阳能电池的最高效率。我们的工作开创了一种利用D-A结构设计有机半导体间隔层以实现高效2D钙钛矿太阳能电池的新方法。

1. 新型半导体间隔层设计 : 本文开发了两种有机半导体间隔层MeBThMA和CNBThMA，特别是具有给体-受体（D-A）结构的CNBThMA，有效消除了有机和无机层之间的介电失配，显著提升了2D钙钛矿的光伏性能。

2. 高效电荷传输与低激子结合能 : CNBThMA间隔层通过其大偶极矩和面对面堆叠模式，显著降低了激子结合能（119 meV），延长了载流子寿命（24.2 ns），并改善了薄膜质量，从而实现了高效的电荷传输。

3. 创纪录的光伏效率 : 基于CNBThMA的2D RP钙钛矿太阳能电池实现了20.82%的冠军效率，这是迄今为止使用半导体间隔层的2D RP钙钛矿太阳能电池的最高效率，展示了D-A结构间隔层在提升钙钛矿太阳能电池性能方面的巨大潜力。

Xiyue Dong, Hao Zhang, Jiangnan Li, Liu Yang, Yuting Ma, Hang Liu, Ziyang Hu, Yongsheng Liu, Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202501210.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202501210

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