二茂铁基界面层的整体设计策略：用于超低噪声钙钛矿光探测器和高效太阳能电池

《Energy Advances》：Holistic Design Strategy of Ferrocene-Based Interlayers for Ultralow-Noise Perovskite Photodetectors and High-Efficiency Solar CellsOpen Access

　　

有机金属二茂铁（Fc）基界面层已成为新一代钙钛矿光电设备中高效的界面调控手段。热稳定的二茂铁核心与可逆的Fc/Fc+氧化还原对，结合羰基连接基团，使其能够与卤素相关缺陷形成强配位，并实现前沿轨道能量的可调谐，从而分别降低钙钛矿太阳能电池（PSCs）中的非辐射复合和暗电流，以及钙钛矿光探测器（PPDs）中的暗电流。然而，以往的研究将特定应用分开讨论，导致对跨设备运行条件下的分子设计原则理解有限。在此，我们全面研究了苯基和呋喃基终止的酯基及酮基连接的二茂铁界面层在PSCs和PPDs中的表现。通过引入二茂铁衍生物界面层，我们证明终止基团的类型至关重要地决定了界面能学特性，并进而影响器件性能。基于苯基的二茂铁界面层在钙钛矿表面产生了较大的电位阶梯，表现为功函数（WF）偏移。这为反向偏压下的空穴注入创造了局部静电势垒，抑制了暗电流密度（JD）并提高了信噪比。相比之下，基于呋喃基的类似物仅引起可忽略不计的功函数偏移，界面注入势垒几乎未受扰动。取而代之的是，它们在光照下引起的能带弯曲促进了电荷的平衡提取，同时钝化了表面陷阱。酮基和酯基连接基团相关的电化学电位差异有助于解释各自的亚趋势，其中前者提升了PPD性能，而后者在光伏领域更受青睐。因此，经二茂铁双呋喃-2-羧酸酯（F2）修饰的PSCs达到了最先进的功率转换效率（PCE），达到26.51%；而经二茂铁双苯基-2-酮（Ph1）修饰的PPDs则获得了出色的特定探测率，在-0.5 V（690 nm）下达到1.1×1013 Jones。这些设计指南突显了有机金属化合物在钙钛矿基光电设备中的广泛应用前景。

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? 2026 作者。由皇家化学学会出版

2026

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