陈江照和Nam-Gyu Park Small Methods：非卤素材料在高效稳定钙钛矿太阳能电池中的应用

自Park等人首次报道全固态钙钛矿太阳能电池（PSC）以来，PSC得到了学术界和工业界的广泛关注。迄今为止，得益于各种各样的策略（如组分工程、前驱体工程、溶剂工程、添加剂工程、界面工程等）PSC已经取得了高达25.5%的记录认证效率。卤素与非卤素阴离子在以上策略中起着至关重要的作用。卤素阴离子PSC中的作用已经获得了广泛的研究。然而，目前非卤素分子阴离子在PSC中的作用还没有被完全理解，有待于进一步深入研究。各种各样的分子阴离子已经被探索与尝试，如四氟硼酸阴离子（BF₄^-）、六氟磷酸阴离子（PF₆^-）、硫氰酸根（SCN^-）、甲酸根（HCOO^-）、乙酸根（CH₃COO^-）、硝酸根（NO₃^-）、碳酸根（CO₃^2-）、硫酸根（SO₄^2-）等。

众所周知，金属卤钙钛矿常常拥有ABX₃的化学式，其中A为单价阳离子（如MA⁺、FA⁺），B为二价金属阳离子（如Pb²⁺、Sn²⁺），X为一价阴离子（如卤素阴离子、SCN^-、BF₄^-）。为了增加X位阴离子的选择性和将X位设计潜力最大化，人们已经尝试使用一些分子阴离子（如SCN^-、BF₄^-）来制备混合阴离子钙钛矿。通过在MAPbI₃中纳入BF₄^-阴离子薄膜电学性质得到改进。人们已经广泛证明在钙钛矿晶格中引入SCN^-能够改善薄膜的湿度稳定性。此外，通过在钙钛矿前驱体材料中引入CH₃COO^-和HCOO^-能够调控钙钛矿成核速率、结晶与生长，从而制备出高质量的钙钛矿薄膜。例如，当使用BAAc来替代传统的正丁胺氢碘酸盐（BAI）作为前驱体材料时可以获得纯相的Ruddlesden–Popper二维钙钛矿薄膜。因此，通过在钙钛矿前驱体材料中引入分子阴离子来调控钙钛矿薄膜质量是行之有效的。为了改善钙钛矿薄膜的质量，人们开发了含分子阴离子的各种各样的添加剂分子，包含CH₃COO^-、SCN^-、BF₄^-、HCOO^-、H₂PO₂^-等阴离子。

除了改善钙钛矿薄膜质量之外，分子阴离子也被使用来掺杂电荷传输材料。例如，LiTFSI和Cs₂CO₃被用来掺杂二氧化钛电子传输层，提升了器件的功率转换效率。LiTFSI被广泛用来掺杂有机空穴传输材料（如Spiro-MeOTAD、PTAA）。为了克服由吸湿掺杂剂LiTFSI盐所造成的差的器件湿度稳定性，各种各样的含分子阴离子的掺杂剂已经被开发了替代LiTFSI盐，如AgTFSI、Zn(TFSI)₂、Cu(I/II)(dpm)₂(PF₆)₂(JQ1)、bis[2,2′-(chloromethylene)-dipyridine] copper(II) bis[bis(trifluoromethylsulfonyl) imide] [Cu(bpcm)₂]、Spiro-MeOTAD(TFSI)₂等。除了用作掺杂剂，分子阴离子也被直接引入电荷传输材料中。例如，1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[EMIM]PF₆）离子液体被用作电子传输层来制备PSC，取得了14.39%的PCE。CuSCN在正式和反式PSC被广泛用作空穴传输材料，表现出优异的效率和稳定性。最后，各种各样的含分子阴离子的界面材料已经被开发来修饰钙钛矿/载流子传输层界面。

尽管分子阴离子在PSC的应用取得了巨大的研究进展，据我们所知，目前还没有相关的综述报道。鉴于分子阴离子在提升器件效率和稳定性方面所做出的巨大贡献，迫切需要一篇系统深入的综述来总结分子阴离子在PSC中的应用进展，旨在将分子阴离子PSC中的应用潜力最大化。鉴于此，重庆大学陈江照研究员和韩国成均馆大学Nam-Gyu Park教授撰写了一篇题为《Non-Halide Materials for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells》的综述文章。本综述主要讨论分子阴离子在PSC中的应用进展及其作用，旨在促进分子阴离子在PSC中的应用进展，进一步突破效率和稳定性瓶颈，实现其大规模商业化应用。

图文导读

图1 非卤素材料在钙钛矿太阳能电池中的应用

文献链接：Jiangzhao Chen^*, Nam-Gyu Park^*. Non-halide materials for efficient and stable perovskite solar cells.Small Methods2021, 2100311. https://doi.org/10.1002/smtd.202100311

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