北京大學周歡萍教授最新Nature：陰離子-π相互作用抑制FAPbI3太陽能電池中的相雜質

北京大學周歡萍教授最新Nature：陰離子-π相互作用抑制FAPbI₃太陽能電池中的相雜質

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【導讀】

實現高效率和長期穩定性是實現過氧化物太陽能電池(PSCs)商業化的關鍵。然而，由于鈣鈦礦(ABX₃)成分和相態的多樣性，制造高質量的薄膜具有挑戰性。過氧化物晶體的形成依賴于AX和BX₂之間的反應，而大多數傳統的薄膜生長調節方法僅基于與BX₂成分的相互作用。

【成果掠影】

今日，北京大學周歡萍教授課題組展示了另一種通過AX與六氟苯(HFB)之間的陰離子-π相互作用來調節反應動力學的方法。值得注意的是，這兩種方法是獨立的，但共同建立了“雙位點調控”，實現了對AX和BX₂之間反應的微妙控制，而不會產生不必要的中間產物。由此產生的甲脒鹵化鉛(FAPbI₃)薄膜具有缺陷少、紅移吸收和相純度高等特點，而且沒有可檢測到的納米級δ相。因此，本工作實現了功率轉換效率(PCE)高達26.07%（認證效率為25.8%）的PSC。在50±5°C的AM 1.5 G 全光譜太陽光下，該裝置在最大功率點(MPP)跟蹤1258小時后，其初始PCE還保持了94%。這種方法通過探索陰離子-π的相互作用，擴大了發生在過氧化物前驅體中的化學相互作用的范圍，并強調了AX成分作為一種新的有效工作場所，對于改進具有高質量和相純度的光伏器件的重要性。相關論文以題為“Anion–π interactions suppress phase impurities in FAPbI₃?solar cells”的論文發表在Nature上。

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【數據概況】

圖1. 陰離子-π相互作用的示意圖和實驗研究? 2023 Springer Nature Limited

圖2. 陰離子-π相互作用對薄膜形成的影響? 2023 Springer Nature Limited

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圖3. 陰離子-π相互作用對最終FAPbI₃包晶薄膜的影響? 2023 Springer Nature Limited

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圖4. 陰離子-π相互作用對PCE和PSC穩定性的影響? 2023 Springer Nature Limited

【成果啟示】

總之，本工作已經證明，鹵化物鈣鈦礦的生長可以通過AX成分中陰離子-π與鹵化物的相互作用進行實質性調控，這種作用是獨立進行的，但與BX₂的調控共同發揮作用，從而實現雙位點調控。特別是，它抑制了δ-FAPbI₃的形成，減少了α-FAPbI3鈣鈦礦中的成分殘留，從而提高了成分和相的純度，尤其是沒有可檢測到的納米級相雜質。此外，由于陰離子-π相互作用廣泛存在于缺電子系統和陰離子之間，這些發現和方法可擴展到其他具有電子陰離子的溶液加工化合物材料。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06637-w

本文由溫華供稿。