中山大学吴武强团队Acc. Mater. Res.：钙钛矿光伏器件的配体分子设计

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钙钛矿太阳电池由于其高光电转换效率、低电压损耗、灵敏的光电响应和良好的运行稳定性，取得了巨大的成功。然而，溶液法制备的多晶钙钛矿薄膜不可避免地含有比较多的晶体缺陷，导致严重的电荷复合，从而造成能量损失和器件性能受损。通过巧妙的配体分子设计以及优化配体分子与钙钛矿之间的化学键合作用，可以完美地修复晶格缺陷并显著提升器件的性能。

中山大学吴武强课题组联合昆士兰大学王连洲教授课题组在《Accounts of Materials Research》期刊发表了题为“Custom Molecular Design of Ligands for Perovskite Photovoltaics”的评述（doi.org/10.1021/accountsmr.1c00099）。文章评述了一系列多功能配体分子用于钙钛矿晶体生长调控，缺陷钝化以及表面功能化，并综述了利用配体分子设计理念提升钙钛矿光伏器件效率和稳定性的进展。重点讨论了配体分子与钙钛矿之间的化学作用(如配位键、离子键、氢键、静电作用和螯合作用等)，阐明了配体修饰钙钛矿薄膜时如何取得缺陷钝化和高效电荷传输的协同作用。最后，文章提出了如何合理设计结构和性能更优异的新型配体分子，用于制备更高效稳定的钙钛矿基光伏器件。 

图1.钙钛矿薄膜缺陷类型及其钝化机制。

图2.烷基链长度对钙钛矿薄膜光电性质和载流子动力学的影响。

图3. “R”核的分子结构调控对钙钛矿缺陷钝化和电荷传输的影响。

图4.双官能团分子用于修饰钙钛矿薄膜。

图5.(a, b)EDA分子对碘空位缺陷的钝化和未配位Sn²⁺的稳定。(c)双缩脲辅助MAPbI₃钙钛矿的生长。(d) DETA与MAPbI₃的相互作用模型。(e)在连续1个太阳光照射下，对未封装器件的MPP跟踪超过500小时。

图6.几种具有代表性的“all-in-one”配体在高性能PSCs中的应用。

图7. 氨基酸和两性离子配体分子用于稳定钙钛矿相。

图8.多齿鳌合配体用于钝化钙钛矿缺陷和抑制铅泄露。

图9.分子设计优化策略示意图。

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https://doi.org/10.1021/accountsmr.1c00099

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