Li-TFSI盐有争议？Park大咖给出最好解释！

大多数高效钙钛矿太阳能电池（PSC）都是基于掺杂的spiro-MeOTAD作为空穴传输层。化学通式为 LiN(SO2CnF2n+1)2（对于 LiFSI、LiTFSI 和 LiPFSI，n = 0、1 和 2）的磺酰亚胺锂是候选掺杂剂。

通常使用LiTFSI是迄今为止作为有效的添加剂（对spiro体系而言）目前的25%以上的效率均由Li盐掺杂的spiro作为空穴传输层。但 最近，Wu等人（ ）报道了通过增加锂盐中的氟含量，例如双（五氟乙磺酰）亚胺（LiPFSI，也称为LiBETI)，可以提高PCE和湿度稳定性，PCE从20.25%增加到了22.14%，湿度稳定性也得到改善。即得出结论： 由于氟取代度较高，LiPFSI的功率转换效率 (PCE) 优于LiTFSI 。然而，有人认为，由于增加疏水性和疏油性极性C-F键， LiPFSI会干扰spiro MeOTAD薄膜的均匀性和与钙钛矿层的界面上存在问题。

鉴于此，成均馆大学Nam-Gyu Park等人系统地研究了不同氟取代量的Li盐对光伏性能的影响，却得出了不同的结论。

为了实验的客观性和可靠性，来着Nam-Gyu Park课题组的四位不同研究人员独立制造了PSC，并进行了电池性能测试统计。研究发现，基于四种Li盐添加剂的电池平均效率值按以下顺序排列，LiTFSI ≈ LiFSI > LiPFSI，广泛使用的LiTFSI与LiFSI效率接近，明显高于LiPFSI的效率。

LiPFSI相对较低的性能归因于界面问题和聚集体形成导致膜不均匀，这与全氟化增加的疏水性和疏油性有关。然而，LiFSI由于疏水性较低而具有较差的水分稳定性。

研究人员得出的结论是，由于中等疏水性， LiTFSI在效率和稳定性方面是研究候选者中合适的掺杂剂 。

ACS Energy Lett.：锂盐中的氟取代对钙钛矿太电池性能性的影响

双三氟甲磺酰亚胺锂（Li-TFSI）添加剂被广泛用于改善钙钛矿太阳能电池（PSC）中空穴传输层（HTL）的空穴迁移率。然而，Li-TFSI的吸湿特性不利于PSCs的长期稳定性。云南大学华雍副研究员等人采用了一种新的更防水的Li-PFSI来取代Li-TFSI。

探索出了三种结构相似的F取代锂盐，分别称为Li-FSI，Li-TFSI和Li-PFSI，作为2,2′，7,7′-四（N，N-二对甲氧基苯基-胺）-9,9′-螺双芴（Spiro-OMeTAD）的添加剂。紧接着系统地研究了锂盐中氟取代数（2F的Li-FSI，6F的Li-TFSI和10F的Li-PFSI）对Spiro-OMeTAD物理性能的影响，以及它们在PSCs中的光伏性能。

结果表明，Li-PFSI处理的PSCs的最佳功率转换效率（PCE）为22.14%，超过了Li-TFSI处理的对照电池（20.25%）。重要的是，基于Li-PFSI的电池显示出令人印象深刻的环境和热稳定性。

结果表明，在锂盐中引入更多的F取代可以使Spiro-OMeTAD具有更好的空穴提取/转移能力，更好的HTM表面形貌，并降低钙钛矿材料中的电荷复合率和陷阱缺陷。此外，随着氟取代数从6位增加到10位，Spiro-OMeTAD膜的疏水性明显增加，这有利于提高PSCs的长期稳定性。

这项工作表明更多的氟取代可以改善PSC中的HTL载流子转移和光伏性能。这些发现为设计高效稳定的PSCs新添加剂提供了关键缺失信息。

参考文献：

1. Seul-Gi Kim，et al. Effect of Fluorine Substitution in a Hole Dopant on the Photovoltaic Performance of Perovskite Solar Cells, ACS Energy Lett. 2022, 7, 741–748

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c02807

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.1c02807

2. Tai Wu et al. Understanding the Effects of Fluorine Substitution in Lithium Salt on Photovoltaic Properties and Stability of Perovskite Solar Cells. ACS Energy Lett. 2021, 2218-2228.

DOI: 10.1021/acsenergylett.1c00685.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c00685

学术交流QQ群

光伏器件学术QQ群：708759169

光学材料与器件学术QQ群：623864939

钙钛矿产教融合交流@知光谷（微信群）：需添加编辑微信

为加强科研合作，我们为海内外科研人员专门开通了钙钛矿科创合作专业科研交流微信群。加微信群方式：添加编辑微信pvalley2019，备注：姓名-单位-研究方向（无备注请恕不通过），由编辑审核后邀请入群。