北京大学周欢萍教授最新Nature：阴离子-π相互作用抑制FAPbI3太阳能电池中的相杂质

北京大学周欢萍教授最新Nature：阴离子-π相互作用抑制FAPbI₃太阳能电池中的相杂质

【导读】

实现高效率和长期稳定性是实现过氧化物太阳能电池(PSCs)商业化的关键。然而，由于钙钛矿(ABX₃)成分和相态的多样性，制造高质量的薄膜具有挑战性。过氧化物晶体的形成依赖于AX和BX₂之间的反应，而大多数传统的薄膜生长调节方法仅基于与BX₂成分的相互作用。

【成果掠影】

今日，北京大学周欢萍教授课题组展示了另一种通过AX与六氟苯(HFB)之间的阴离子-π相互作用来调节反应动力学的方法。值得注意的是，这两种方法是独立的，但共同建立了“双位点调控”，实现了对AX和BX₂之间反应的微妙控制，而不会产生不必要的中间产物。由此产生的甲脒卤化铅(FAPbI₃)薄膜具有缺陷少、红移吸收和相纯度高等特点，而且没有可检测到的纳米级δ相。因此，本工作实现了功率转换效率(PCE)高达26.07%（认证效率为25.8%）的PSC。在50±5°C的AM 1.5 G 全光谱太阳光下，该装置在最大功率点(MPP)跟踪1258小时后，其初始PCE还保持了94%。这种方法通过探索阴离子-π的相互作用，扩大了发生在过氧化物前驱体中的化学相互作用的范围，并强调了AX成分作为一种新的有效工作场所，对于改进具有高质量和相纯度的光伏器件的重要性。相关论文以题为“Anion–π interactions suppress phase impurities in FAPbI₃solar cells”的论文发表在Nature上。

【数据概况】

图1. 阴离子-π相互作用的示意图和实验研究© 2023 Springer Nature Limited

图2. 阴离子-π相互作用对薄膜形成的影响© 2023 Springer Nature Limited

图3. 阴离子-π相互作用对最终FAPbI₃包晶薄膜的影响© 2023 Springer Nature Limited

图4. 阴离子-π相互作用对PCE和PSC稳定性的影响© 2023 Springer Nature Limited

【成果启示】

总之，本工作已经证明，卤化物钙钛矿的生长可以通过AX成分中阴离子-π与卤化物的相互作用进行实质性调控，这种作用是独立进行的，但与BX₂的调控共同发挥作用，从而实现双位点调控。特别是，它抑制了δ-FAPbI₃的形成，减少了α-FAPbI3钙钛矿中的成分残留，从而提高了成分和相的纯度，尤其是没有可检测到的纳米级相杂质。此外，由于阴离子-π相互作用广泛存在于缺电子系统和阴离子之间，这些发现和方法可扩展到其他具有电子阴离子的溶液加工化合物材料。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06637-w

本文由温华供稿。