磁偏手性分子可实现高度取向的钙钛矿薄膜

在清洁能源领域，金属卤化物钙钛矿太阳能电池(PSC)已成为焦点，因其非凡的进步而受到广泛关注。在短短十多年的时间里，其认证的功率转换效率(PCE)已飙升至26.1%，接近传统晶体硅电池的上限。PSC的独特之处在于它们有可能超过30%PCE阈值。

优化太阳能器件的关键在于高质量钙钛矿薄膜的沉积。实现最小的缺陷密度和卓越的均匀性对于提高器件性能至关重要。一种常用的策略是在钙钛矿薄膜结晶过程中引入特定分子，以消除缺陷或防止成分过多。然而，钙钛矿(ABX3)光伏电池中的传统钝化策略对钝化分子与位点A、B和X之间的相互作用造成了限制。

钙钛矿结晶调控的核心是铅碘八面体结构。操纵这一过程涉及结合适当的官能团，促进形成具有特殊晶体取向的均匀多晶薄膜。

钙钛矿独特的分子结构提供了通过调节钙钛矿材料和引入的组分之间的极性来影响结晶取向的机会。例如，A位的旋转运动提供了一种增强钝化分子和钙钛矿之间相互作用的方法，特别是在存在外场的情况下。

在此令人兴奋的背景下，苏州大学王教授团队提出了一种开创性的方法来操纵金属卤化物钙钛矿的晶体取向。他们引入了一组手性分子，并利用手性分子的固有特性，在钙钛矿中的手性分子和甲脒(FA)离子之间建立了量化的强力，称为磁偶极矩。

常规钙钛矿薄膜在结晶过程中不可避免地会产生对器件有害的δ相，简单地利用手性钝化分子可以有效调控钙钛矿薄膜的成分，但磁偶极矩的存在不够强，不足以起到保护钙钛矿薄膜的作用。作用，无法保证整体结构的有序排列。

然而，基于自旋轨道耦合效应，施加外部磁场可以有效增强和调节这种效应，从而在优化成分的同时精确调整钙钛矿薄膜中的晶体取向。结合IlhanYavuz和马尔马拉大学研究团队的理论计算支持，他们进一步证明了这种协作策略的可行性。

与涉及直接实施有机分子的传统钝化策略相比，该方法显示手性分子与钙钛矿之间的相互作用能显着增加了数倍。这一重大改进确保了有效的结晶调节并实现了均匀的钙钛矿薄膜。

在高星宇和上海同步辐射装置研究团队的协助下，研究人员利用原位结晶过程检测技术，清晰、全面地观察到协同效应下钙钛矿薄膜质量的显着改善。该工作发表在《国家科学评论》杂志上。

该研究从理论和实验两个方面充分证明了协同策略的有效性，显着抑制了器件中可能出现的缺陷，极大地提高了光伏器件的性能。

此外，成功地保持了设备的稳定性。这一进步不仅提高了太阳能电池的效率，还确保了其长期可靠性，标志着太阳能利用朝着更加可持续和高效的未来迈出了一大步。

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