中科院化学所宋延林、郑大张懿强/张沙沙 Angew：高性能FA基钙钛矿太阳电池中的胺分子

点击蓝字关注我们

太阳能电池是人类应对环境和能源问题的重要技术。近十几年来，以钙钛矿为核心光吸收层材料的钙钛矿太阳能电池 （PSC） 发展迅猛，其光电转化效率 （PCE）快速提升到25.7%，直追已商业化的晶硅太阳能电池，引起了学术界和商业界的广泛关注。在各种钙钛矿吸收层材料中，甲脒（FA）基钙钛矿由于理想的带隙和良好的热稳定性，被认为是目前最有前途的光吸收钙钛矿材料之一。为追求更高的 PCE 和更好的器件稳定性目标，促进FA基钙钛矿太阳能电池的快速发展和潜在应用，研究人员引入了各种添加剂进行材料结构和器件功能优化。其中，作为最典型的添加剂之一，各种胺类分子被广泛应用于FA基钙钛矿太阳能电池中，并获得了优异的性能。

近日，中科院化学所宋延林研究员和郑州大学张懿强、张沙沙等人在《Angewandte Chemie International Edition》期刊上发表了题为“From Structural Design to Functional Construction: Amine Molecules in High-Performance FA-based Perovskite Solar Cells”的综述（DOI: 10.1002/ange.202117067），文章系统分析了不同结构胺分子在制备高质量 FA 基钙钛矿和高性能FA基PSC中的功能和作用，揭示了胺分子结构设计-添加剂功能构建-PSC性能提升间的内在联系，总结了高性能FA基PSC中胺分子功能构建的结构设计规则，并提出未来PSC中添加剂分子可能的发展方向。

作者根据分子结构类型，将胺分为四种：小尺寸胺、线性胺、芳香胺和杂环胺，从结构设计到功能构建综述了胺分子在高性能FA基钙钛矿太阳能电池中的应用。文章深入探讨了不同结构胺分子对FA基钙钛矿晶体生长的调控机制，对钙钛矿缺陷钝化、电荷转移、水分屏蔽等性能的调控作用，及其对FA基钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的影响。

图1胺分子在高性能FA基钙钛矿太阳能电池中应用：从结构设计到功能构建

基于不同结构胺在FA基PSC中的功能，作者从小尺寸胺的半径和配位能力、线性烷基胺的链长设计和功能化、芳香胺的侧链和官能团设计、功能原子/基团的类型、数量和位置设计、二维结构调控等方面提出了新型功能胺分子实现高性能钙钛矿电池的策略。最后，作者就胺类添加剂分子的未来发展提出了值得关注的方向，如开发杂环胺和多苯环芳香胺等。

图2小尺寸胺用于抑制晶格缺陷和稳定物相

图3 线性烷基胺链长设计及其对钙钛矿尺寸、取向、缺陷等的影响

图4线性胺功能化用于缺陷钝化、能级匹配和疏水屏蔽

图5 芳香胺的侧链长度对钙钛矿疏水性、结构稳定性、电荷传输等的影响

图6 具有不能官能基团/原子苯胺的功能构建

图7基于不同吡啶胺的功能构建

图8基于不同噻吩胺的功能构建

文章的第一作者是郑州大学硕士研究生付春朋和郑州大学青年教师谷振坤，论文通讯作者为中科院化学所的宋延林研究员和郑州大学青年教师张懿强、张沙沙。郑州大学为论文第一完成单位，该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等的资助支持。

作者简介

向上滑动阅览

张沙沙博士简介
张沙沙， 郑州大学直聘教授，硕士生导师。2016年博士毕业于华中科技大学，2016-2020年在华中科技大学武汉光电国家研究中心从事博士后工作，2020年7月入职郑州大学，获郑州大学青年拔尖人才资助。 主要从事纳米材料与器件、钙钛矿太阳电池材料与器件等方面的研究。目前已在Nature Communications、Angewandte Chemie International Edition、Advanced Energy Materials等国际知名期刊发表SCI论文近40篇，主持国家自然科学青年基金等多个项目。 张懿强博士简介
张懿强，郑州大学副教授，郑州大学直聘教授，硕士生导师。2012年博士毕业于美国西弗吉尼亚大学，2012年入职郑州大学，获郑州大学青年拔尖人才资助。国际材料研究协会会员、美国化学会（ACS）特邀审稿人。 主要从事绿色印刷功能性薄膜材料与器件、有机-无机钙钛矿薄膜材料制备及结构性能表征、胶体半导体纳米晶合成及其光电器件应用等研究。发表了包括 Nano Energy，Angewandte Chemie International Edition，Advanced Materials等在内的 50 篇 SCI 论文，授权/申请国家发明专利 6 项，主持国家自然科学青年基金等多个项目。 宋延林研究员简介
宋延林，中国科学院化学研究所研究员，中科院绿色印刷重点实验室主任。 主要从事纳米功能材料、光子晶体与绿色印刷材料与光电器件研究。已发表SCI 收录论文400余篇，引用25,000余次，H指数89。主持和参加编写英文专著12部，中文专著2部；获授权中国发明专利110余项，美国、日本、欧盟、韩国等授权发明专利26项。获 2008年和2005 年国家自然科学二等奖，2016年北京市科学技术一等奖；先后获中国青年科技奖、中国化学会-阿克苏诺贝尔化学奖、中科院杰出青年、中国科协求是杰出青年成果转化奖、毕昇印刷技术奖和中华印制大奖等。入选科技北京领军人才、中青年科技创新领军人才、万人计划、国家百千万人才工程及全国优秀科技工作者等。

原文链接

From Structural Design to Functional Construction: Amine Molecules in High-Performance FA-based Perovskite Solar Cells

Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/ange.202117067

https://doi.org/10.1002/anie.202117067

相关进展

宋延林研究员：坚持科学梦想，引领绿色印刷

中科院化学所宋延林研究员课题组实现“覆水可收”

中科院化学所宋延林研究员团队《Nat. Commun.》：在连续单墨滴3D打印领域中取得新进展

中科院化学所宋延林研究员团队《ANGEW》：利用马兰格尼效应构造自驱动的微旋涡体系

化学所宋延林研究员与清华冯西桥教授、李群仰教授等合作《ANGEW》：在固体表面设计粘附力图案

中科院化学所宋延林课题组：曲面印刷微纳结构光子器件

中科院化学所宋延林研究员课题组《Adv. Mater.》：在印刷三维光探测器上取得新进展

中科院化学所宋延林研究员团队实现液滴的程序化操控

中科院化学所宋延林研究员团队《Nat. Commun.》: 3D打印实现高效海水淡化

中科院化学所宋延林研究员课题组在水下声学反射超表面研究取得重要进展

央视纪录片《科学的力量》：中科院化学所宋延林研究员带你走进纳米世界

中科院化学所宋延林研究员与清华冯西桥教授、李群仰教授等合作：实现对液滴碰撞行为的精确控制

中科院化学所宋延林研究员课题组在流体图案化及微型器件制备方面取得重要进展

化学与材料科学原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：[e-mail]

扫二维码｜关注我们

微信号 : Chem-MSE

诚邀投稿

欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程产学研方面的稿件至[e-mail]，并请注明详细联系信息。化学与材料科学®会及时选用推送。