AFM:定制多氟取代酰胺分子稳定 PbI6 框架实现高效稳定钙钛矿电池

（合集汇近期钙钛矿新进展）

文 献 前 沿

钙钛矿太阳能电池（PSC）不稳定问题主要源于钙钛矿中Pb─I键的脆弱性，在热、光等环境应力下很容易断裂，导致[PbI 6 ]框架的破坏和不可逆的降解。福建师范大学 卫东 张瑞丹 Yang Wang & 北京交通大学 宋丹丹团队设计并合成了一种多功能分子N 1 ,N 4 -双(2,3,5,6-四氟-4-碘苯基)对苯二甲酰胺(FIPh-A)，以增强钙钛矿薄膜的稳定性和设备。FIPh-A分子具有羰基、氨基和碘四氟苯基，可结合并稳定Pb2+离子和 PbI6 八面体结构，防止钙钛矿薄膜中的离子迁移。实验结果验证了添加FIPh-A后离子迁移活化能明显增加，从0.28 eV增加到0.39 eV。通过将 FIPh-A 分子引入以掠入射 X 射线衍射为特征的钙钛矿薄膜中，也可以有效释放残余应变。采用 FIPh-A 的冠军 PSC 实现了 24.60% 的功率转换效率。经过 500 小时的连续照明 (ISOS-L-1) 和 80 °C 下的 300 小时的热老化 (ISOS-D-2I) 后，这些带有 FIPh-A 的 PSC 分别保持了其初始效率的 93% 和 77%。这些结果强调了多功能添加剂在克服 PSC 稳定性挑战方面的潜力，从而促进其商业进步。

图1. FIPh-A分子与钙钛矿之间的相互作用机制。a) FIPh-A的表面电势分布。b) 碘空位（VI）的形成能的密度泛函理论（DFT）计算。c) Pb 4f和d) I 3d区域的XPS光谱。e) FIPh-A和PbI2在DMSO-d6中的19F NMR光谱。f) FIPh-A与钙钛矿之间相互作用的示意图。

图2. FIPh-A增强了钙钛矿薄膜的光和热稳定性。a) 在连续光老化条件下，控制组和添加FIPh-A样品的照片。b), c) 在光老化过程中控制组和添加FIPh-A样品的X射线衍射（XRD）图案的演变。d), e) 控制组和添加FIPh-A样品的紫外-可见光谱。f) 在UV-vis光谱中从10到90分钟观察到的358 nm处的吸收峰。g) 在1.5 V偏压下5秒内控制组和添加FIPh-A样品的瞬态离子迁移电流。h) 在298至348 K温度变化下控制组和添加FIPh-A样品的温度依赖性电导率。

图3. FIPh-A减少了钙钛矿薄膜中的残余应变。a), b) 控制组和添加FIPh-A钙钛矿薄膜的横截面SEM图像。c) 控制组和添加FIPh-A薄膜的X射线衍射光谱。d) 薄膜中(100)/(PbI2)、(100)/(111)和(100)/(200)的峰强度比率。e), f) 控制组和添加FIPh-A样品在GIXRD中的衍射峰随入射角从0.5°变化到2°的偏移。g) 从(100)面获得的d间距值作为入射角的函数。h), i) 控制组和添加FIPh-A样品中应变的示意图。

图4. FIPh-A减少了钙钛矿薄膜中的缺陷。a) 控制组和添加FIPh-A样品的稳态光致发光（PL）光谱。b) 控制组和添加FIPh-A样品的时间分辨光致发光（TRPL）光谱。c) 通过控制组和添加FIPh-A薄膜组装的仅电子器件的空穴限制电流（SCLC）测试曲线。d) 控制组和添加FIPh-A器件的Mott-Schottky图。e) 控制组和添加FIPh-A器件的理想因子。f) 控制组和添加FIPh-A PSCs的暗电流-电压（J-V）曲线。

图5. FIPh-A提高了PSCs的效率和稳定性。a) 设备结构示意图。b) 控制组和添加FIPh-A的冠军设备的J-V曲线。c) 控制组和添加FIPh-A的设备效率分布。d) 制造设备的外部量子效率（EQE）光谱和相应的集成Jsc。e) 控制组和添加FIPh-A的设备稳态输出。f) 控制组和添加FIPh-A的设备的开路电压分布。g) 在连续光照明下500小时的PSCs的光稳定性。h) 在80°C下未封装的PSCs的热稳定性300小时。

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