近日，我院杨丽助理教授发展了一种“溶剂诱导高分子聚合物构型动态转化”方法，在提升光电器件界面稳定性方面取得重要进展，相关成果以 “Solvent-Activated Transformation of Polymer Configurations for Advancing the Interfacial Reliability of Perovskite Photovoltaics” 为题发表于国际期刊《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc, 2024, DOI: 10.1021/jacs.4c05904）。
有机材料由于其结构通用性和溶液可加工性而被广泛用做钙钛矿太阳能电池中的电荷传输层。然而，它们的低表面能通常导致上层钙钛矿溶液的润湿性差，限制了光伏器件的界面性能。虽然溶剂后处理可以调节有机薄膜的润湿行为，但固-液界面相互作用的机制尚不清楚。
鉴于此，该工作提出利用“溶剂激活聚合物构型转化提高功能界面可靠性” 的新思路，探究了溶剂化学结构与传统聚合物：聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]（PTAA）之间的作用关系，揭示了溶剂的汉森溶解度参数（HSPs）在润湿机制中发挥的关键作用。
图1. 具有不同HSP值的溶剂对PTAA薄膜及其光伏器件性能的影响
研究结果表明，传统溶剂N,N-二甲基甲酰胺（DMF）通过形貌破坏机制提高了PTAA的润湿性，但对界面电荷收集和稳定性产生了负面影响。而具有适宜HSP值的2-甲氧基乙醇（2-Me）则能诱导PTAA构型有序转变，在改善润湿性能的同时保持膜的微观形貌。经过对PTAA薄膜表面构型的精心优化，钙钛矿的结晶性和界面相容性都得到了增强。得益于优越的界面特性，基于2-Me的钙钛矿太阳能电池的效率为24.15%。更令人鼓舞的是，2-Me后处理最大限度地减少了钙钛矿埋底的界面缺陷，使未封装器件在光照1100小时后仍能保持约95%的初始效率。本研究证明了溶剂-聚合物相互作用在调节界面性质和增强钙钛矿太阳能电池稳定性方面的巨大潜力。
图2. 溶剂对有机薄膜界面的调控机制及示意图
材料学院2022级硕士研究生车雨亮为该论文的第一作者，杨丽助理教授为通讯作者，厦门大学材料学院为第一完成单位。该研究工作得到国家自然科学基金、福建省自然科学基金、广东省自然科学基金等项目支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c05904
