在钙钛矿太阳电池的研究领域,福建师范大学物理与能源学院卫东副教授与柔性电子学院王漾教授团队合作取得了进展。该团队在最新发表的《Advanced Functional Materials》期刊上,发布了一项题为“Rational Tailored Polyfluorosubstituted Amide Molecule for Stabilizing PbI6 Framework and Inhibiting Ion Migration Toward Highly Efficient and Stable Perovskite Solar Cells”的研究。研究中,他们成功设计并合成了一种名为N1,N4-bis(2,3,5,6-tetrafluoro-4-iodophenyl)terephthalamide (FIPh-A) 的多功能分子,该分子通过酰胺基团稳定PbI6框架,同时碘4氟苯基上的卤素键供体与捕获薄膜内的I-,抑制了钙钛矿薄膜离子迁移,使钙钛矿太阳电池的效率和稳定性得到大幅提升。
图1:FIPh-A分子与钙钛矿结构的相互作用机制
FIPh-A分子通过其羰基和氟原子与Pb2+离子相互作用,同时通过氨基形成氢键,稳定了PbI6框架结构。X射线光电子能谱和核磁共振的测试结果显示,FIPh-A上卤素键供体与I-发生相互作用形成卤素键,成功抑制了I-离子的迁移。
图2:FIPh-A增强的钙钛矿薄膜的光稳定性和热稳定性FIPh-A的引入使钙钛矿薄膜在连续光照和湿度条件下保持稳定,X射线衍射和紫外-可见光谱分析显示,FIPh-A有效地阻止了相转变的发生,减少了离子迁移,从而提升了薄膜的光学和结构稳定性。通过掠入射X射线衍射的测试结果表明,FIPh-A显著减少了钙钛矿薄膜的残余应力,改善了薄膜的结晶质量。这种改进有助于减少陷阱态密度,提高载流子的迁移率和寿命。FIPh-A的加入有效减少了钙钛矿薄膜中的缺陷密度,增加了载流子寿命,并降低了非辐射复合率,从而提高了钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。图5:FIPh-A增强的钙钛矿太阳能电池效率与稳定性优化后的钙钛矿太阳电池展现出卓越的光电转换效率和长期稳定性。与对照组相比,加入FIPh-A的电池效率显著提升,且在500小时连续光照和300小时热老化测试中,仍能保持高达93%和77%的初始效率。此次研究不仅展示了多氟取代酰胺分子在钙钛矿太阳能电池中的巨大潜力,也为钙钛矿材料的商业化应用提供了新的思路。该研究得到了国家自然科学基金资助。--检测服务--
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202411014声明:仅代表作者个人观点,作者水平有限,如有不科学之处,请在下方留言指正!