老外發(fā)Science，國(guó)人只發(fā)JMCA

鈣鈦礦這個(gè)明星材料，制備過(guò)程簡(jiǎn)單且高效，類似攤煎餅，雖然做出來(lái)的電池效率已經(jīng)達(dá)到了25.5%，但是穩(wěn)定性還需要深入研究。

2021年布朗大學(xué)Padture教授發(fā)了一篇Science¹，強(qiáng)調(diào)界面自組裝單分子層增加了鈣鈦礦和電荷傳輸層之間的粘附韌性，提高了器件的穩(wěn)定性。

另外一篇武漢大學(xué)方國(guó)家老師2016年12月發(fā)表的JMCA文章²，文章的方法也是通過(guò)加入界面自組裝層，提高器件的穩(wěn)定性。方老師的JMCA文章五年前發(fā)的，非常領(lǐng)先，已經(jīng)被引用231次，按照影響力來(lái)說(shuō)，發(fā)Science也不為過(guò)。

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那么，為什么‘同途殊歸’？?jī)善恼聶n次差別這么大？

文章解讀

從文章結(jié)構(gòu)看，JMCA文章直接強(qiáng)調(diào)SAM方法，然后介紹這個(gè)方法至少有四優(yōu)點(diǎn)，最后放器件性能。

1. 提高了表面能，增強(qiáng)了SnO₂ 電子傳輸層的親和力，誘導(dǎo)形成了形貌更好、結(jié)晶度更高的高質(zhì)量鈣鈦礦膜。

2. 其末端官能團(tuán)在SnO₂表面形成偶極子，導(dǎo)致SnO₂的功函數(shù)降低，SnO₂/鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)增大。

3. 終端基團(tuán)可以通過(guò)氫鍵鈍化鈣鈦礦表面的陷阱態(tài)。

4. 界面處較薄的絕緣層能夠有效地阻礙電子的反向轉(zhuǎn)移，減少界面處的復(fù)合過(guò)程。

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Science文章的研究思路比較集中：對(duì)比說(shuō)明，I原子終端的SAM界面提高穩(wěn)定性。

1. 首先進(jìn)行了力學(xué)測(cè)試，測(cè)試不同界面的粘附韌性，包括沒(méi)有SAM的、H-SAM和I-SAM的三種傳輸層，研究的是不同終端原子對(duì)粘附性的影響。

2. DFT理論計(jì)算支持他們的假設(shè)，即I原子終端的I-SAM極大地增強(qiáng)了與鈣鈦礦表面的成鍵能力，并且它比其他鹵素終端更有優(yōu)勢(shì)。

3. 測(cè)試穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)I-SAM界面有助于提高操作穩(wěn)定性，在連續(xù)運(yùn)行1400小時(shí)，器件保持初始效率80%以上的時(shí)間。他們把穩(wěn)定的提升歸因于I-SAM抑制了鈣鈦礦界面降解，增加了界面韌性，粘附韌性的增加可以防止分層和孔洞的形成。此外，通過(guò)比較I-SAM和H-SAM，研究人員揭示了I端基團(tuán)是使界面變韌的關(guān)鍵,H端基團(tuán)的作用效果不明顯。

4. 形貌分析，I-SAM上的鈣鈦礦孔洞少，輔助說(shuō)明穩(wěn)定性好。

對(duì)比總結(jié)

JMCA文章結(jié)構(gòu)：方法-薄膜表征-器件性能

Sicence文章結(jié)構(gòu)：方法-表征-計(jì)算-器件性能-表征

對(duì)比JMCA和Science文章發(fā)現(xiàn)：Science文章確實(shí)有它的過(guò)人之處，不僅強(qiáng)調(diào)SAM對(duì)穩(wěn)定性提升有作用，還分析了哪個(gè)原子起主要作用，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算加以驗(yàn)證和解釋。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，計(jì)算很重要，把‘我以為。。。’變成‘DFT計(jì)算說(shuō)明。。?！?，就很有說(shuō)服力了，能增加文章的研究深度，有時(shí)還能發(fā)現(xiàn)挖掘出不一樣的思路。

猜測(cè)：計(jì)算的時(shí)候需要建模，不同的端部原子的界面性能是完全不同的，或許Science作者就是在計(jì)算的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)I原子具有更強(qiáng)粘合力?。?！

總結(jié)：深挖現(xiàn)象背后的核心矛盾，巧妙地設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，加上理論計(jì)算輔助說(shuō)明（做計(jì)算，找華算），再來(lái)點(diǎn)勇氣投Science，可能就中了。

參考文獻(xiàn)

1. Dai, Zhenghong, et al. “Interfacial toughening with self-assembled monolayers enhances perovskite solar cell reliability.” Science 372.6542 (2021): 618-622.

2. Yang, Guang, et al. “Interface engineering in planar perovskite solar cells: energy level alignment, perovskite morphology control and high performance achievement.”?Journal of Materials Chemistry A?5.4 (2017): 1658-1666.

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