Angew. Chem. ：揭示吸电子分子在高效稳定钙钛矿光伏中的作用

钙钛矿太阳能电池因其卓越的光电性能和低廉的制造成本而备受关注，但其表面和界面的晶格缺陷、载流子传输、及离子迁移带来的效率和稳定性问题仍然是商业化进程中一个严峻的挑战。尽管研究人员提出了多种解决方案来应对这些问题，但兼容多种材料和工艺的复杂性增加了实现工业规模生产的难度。为此，开发一种高效且简化的解决方案，在快速制造过程中最大限度发挥钙钛矿技术的潜力，显得尤为关键。

Figure 1. (a) Partial charge distributions of TCNQ and F4TCNQ. (b) Electron density difference plots of TCNQ and F4TCNQ with perovskite defects. (c) DFT calculations of the interaction energy (E_int) of TCNQ and F4TCNQ combined with perovskite defects (uncoordinated Pb²⁺). (d-g) FTIR spectra of (d) pure TCNQ and PbI₂-TCNQ films, (e) pure F4TCNQ and PbI₂-F4TCNQ films, (f) pure FAI and FAI-TCNQ films and (g) pure FAI and FAI-F4TCNQ films. (h) Pb 4f XPS spectra of perovskite films without and with TCNQ, F4TCNQ. (i) I 3d XPS spectra of perovskite films without and with TCNQ, F4TCNQ. (j) Schematic diagram of the interaction between TCNQ and F4TCNQ with defects.

Figure 3. a) Schematic diagram of F4TCNQ induced interface dipole. (b-d) KPFM of control (a), TCNQ (b) and F4TCNQ (c) films. (e) Energy-level diagram constructed from UPS results. (f) TRPL curves of the perovskite/Spiro-OMeTAD films without and with TCNQ and F4TCNQ. FTIR spectra of (g) pure TCNQ and Spiro-OMeTAD-TCNQ films and (h) pure F4TCNQ and Spiro-OMeTAD-F4TCNQ films.

鉴于此，青岛科技大学的蒋晓庆副教授、洛桑联邦理工学院Michael Grätzel教授团队的郑立凯博士、中国科学院大连化学物理研究所的田文明研究员和中国科学院青岛能源所的逄淑平研究员在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上发表了一项揭示吸电子分子在高效和稳定的钙钛矿光伏中的作用的研究成果。该研究探索了吸电子分子在钙钛矿光伏器件中的构效关系，并揭示了其多重作用机制。研究发现，吸电子分子不仅能够通过化学钝化减少钙钛矿表面缺陷，还通过形成界面偶极效应，显著提升了钙钛矿与空穴传输层（HTL）之间的电荷传输效率，改善了界面接触。这一协同作用显著提升了器件的整体性能。尤其是在对比了两种吸电子能力不同的分子——TCNQ和F4TCNQ后，研究人员发现，由于F4TCNQ中氟元素的存在，极大增强了其吸电子能力。这进一步增强了界面的电荷传输和能带匹配，延长了载流子寿命，加快了空穴的提取速度。更重要的是，F4TCNQ分子的修饰不仅提升了器件的效率，还有效抑制了钙钛矿与HTL之间的离子迁移，显著改善了器件的长期稳定性。

在这些研究的基础上，团队实现了钙钛矿器件25.21%的光电转换效率，并在14cm²的大面积模组上实现了21.4%的效率。这项研究不仅揭示了吸电子分子在钙钛矿光伏中的多重作用，还展示了通过调节界面分子的吸电子能力，能够优化钙钛矿/HTL界面的多重协同效应，为未来钙钛矿技术的大规模生产和工业化应用提供了一条高效、简化的途径。

论文信息

Unraveling the Role of Electron-Withdrawing Molecules for Highly Efficient and Stable Perovskite Photovoltaics

Xiaoqing Jiang, Kaiwen Dong, Pingping Li, Dr. Likai Zheng, Bingqian Zhang, Yanfeng Yin, Guangyue Yang, Linqin Wang, Minhuan Wang, Suying Li, Lina Zhu, Shiyuan Niu, Shitao Yu, Shiwei Liu, Wenming Tian, Xin Guo, Mingyang Wei, Shaik M. Zakeeruddin, Licheng Sun, Shuping Pang, Michael Grätzel

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202414128