Angew. Chem. Int. Ed. ：稳定钙钛矿太阳能电池中的锂离子内嵌富勒烯（Li+@C60）掺杂物诱导即时掺杂和抗

【引言】

近年来，铅卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）受到了相当多的关注，现在其功率转换效率（PCE）超过20％。然而，PSC的低稳定性是其严重缺点，急需解决。Spiro-MeOTAD在PSC开发的初期阶段带来了突破，PCE的实质性改进。然而，其本身低迁移率，需要p型掺杂剂—双（三氟甲磺酰基）酰亚胺锂（Li⁺TFSI^-）增加电导率。由于用Li⁺TFSI^-掺杂Spiro-MeOTAD需要氧气，难以控制Spiro-MeOTAD的氧化。另外，包括Li⁺和氧气浓度在内的许多因素都会增加氧化Spiro-MeOTAD的量。Spiro-MeOTAD的这种不受控制的氧化导致PSC的不一致性和不稳定性。

【成果简介】

近日，在日本东京大学Yutaka Matsuo教授（通讯作者）课题组的带领下，与东北师范大学、瑞典乌普萨拉大学、日本大阪大学和日本国家先进工业科学和技术研究所合作，使用[Li⁺@C₆₀]TFSI^-替代Li⁺TFSI^-作为铅卤化物钙钛矿太阳能电池中Spiro-MeOTAD的掺杂剂，利用富勒烯笼封装Li⁺将亲水性碱盐改变为疏水性物质。这种方法使其空气稳定性是使用Li⁺TFSI^-的近10倍。高的稳定性归因于[Li⁺@C₆₀]TFSI^-的疏水性质并且吸收入侵的氧气，从而保护钙钛矿装置免于降解。此外，[Li⁺@C₆₀]TFSI^-可以在不需要氧气的情况下氧化Spiro-MeOTAD。在照明条件下，封装器件具有超过1000小时的空气稳定性。相关成果以题为“Lithium-Ion Endohedral Fullerene (Li⁺@C₆₀) Dopants in Stable Perovskite Solar Cells Induce Instant Doping and Anti-Oxidation”发表在了Angew. Chem. Int. Ed.上。

【图文导读】

图1[Li⁺@C₆₀]TFSI^-加入Spiro-MeOTAD的光谱表征

a）在[Li⁺@C₆₀]TFSI^-（0-1.5当量）存在下，在氯苯中进行Spiro-MeOTAD（8.7×10^-6m）的UV/Vis-NIR吸收滴定曲线。黑线是初始光谱，紫线是MeOTAD /[Li⁺@C₆₀]TFSI^-= 1：1。插图：400-1100nm区域的扩大图；

b）测得的Spiro-MeOTAD/[Li⁺@C₆₀]TFSI^-=1：1（紫线）和在没有电子相互作用（绿线）的情况下，模拟的Spiro-MeOTAD/[Li⁺@C₆₀]TFSI^-= 1：1；

c）随着时间推移，Li⁺TFSI^-加入Spiro-MeOTAD（红色方形线）和[Li⁺@C₆₀]TFSI^-加入Spiro-MeOTAD（蓝色圆形线）的WVTR变化；

d）随着时间推移，Li⁺TFSI^-加入Spiro-MeOTAD（红条）和[Li⁺@C₆₀]TFSI^-加入Spiro-MeOTAD（蓝条）的总透水量的累积条形图。

图2使用[Li⁺@C₆₀]TFSI^-的MAPbI₃-PSC稳定性测试

a）用[Li⁺@C₆₀]TFSI^-表示PSC；

b）使用[Li⁺@C₆₀]TFSI^-的MAPbI₃-PSC和(FAPbI₃)_0.85(MAPbBr₃)_0.15-PSC在1日照下的最佳J-V曲线；

c）使用[Li⁺@C₆₀]TFSI^-和Li⁺TFSI^-的MAPbI₃-PSC的稳定性测试；

d）使用[Li⁺@C₆₀]TFSI^-和Li⁺TFSI^-的(FAPbI₃)_0.85(MAPbBr₃)_0.15-PSC的稳定性测试，测试条件是器件在空气中的恒定照明下。

图3新空穴传输材料内部机制

【小结】

该团队发现的[Li⁺@C₆₀]TFSI^-替代Li⁺TFSI^-作为PSCs中Spiro-MeOTAD的掺杂剂。具有[Li⁺@C₆₀]TFSI^-的PSCs表现出更高的稳定性。这种长时间的稳定性归因于包封Li⁺的富勒烯笼的亲水性质和Li⁺@C₆₀的抗氧化性质。这项工作首次证明了内含Li的富勒烯装置的应用，并成功地解决了钙钛矿太阳能电池稳定性问题，显示出富有成果的潜在新研究方向。

文献链接：Lithium-Ion Endohedral Fullerene (Li⁺@C₆₀) Dopants in Stable Perovskite Solar Cells Induce Instant Doping and Anti-Oxidation（Angew. Chem. Int. Ed. , 2018, DOI: 10.1002/anie.201800816）

本文由材料人编辑部学术组木文韬翻译，欧洲足球赛事 整理编辑。

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