安大肖娟定最新：吸电子钝化分子对钙钛矿太阳能电池的影响

主要内容

界面不稳定性（由缺陷、离子迁移及不受控结晶引发）是制约钙钛矿太阳能电池（PSCs）性能提升与长期稳定运行的关键难题。安徽大学肖娟定副教授、青岛科技大学蒋晓庆副教授及南航博士郑立凯等人研究指出，电子吸电子材料（EWMs）凭借独特配位能力与出色电荷提取特性，成为界面工程领域极具前景的候选材料。

该团队综述全面概述了EWMs基本特性、提升光伏性能与器件稳定性的内在机制，系统总结了近期在PSCs关键界面层引入此类材料的显著进展，为开发高效稳定PSCs提供了机理见解与设计策略。

吸电子基团对PSCs的影响主要体现在三方面：

1. 钙钛矿层：吸电子基团通过吸电子效应增强局部电负性，引发界面偶极效应并调控电场分布，实现缺陷钝化，减少能量损失。
2. 电子传输层（ETL）：优化能级梯度，提高电荷提取效率与电子传输能力，提升电池整体性能。
3. 空穴传输层（HRL）：通过界面化学键合防止离子迁移与聚集，减少非辐射复合，提高光电转换效率。
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不同类型吸电子基团优缺点见下表4。

含氟基、氰基和（或）磺酸基的EWMs，在提升PSCs光电转换效率（PCE）与长期稳定性方面潜力巨大。但实现工业规模应用仍面临挑战：

1. 分子构型与性能关联不明：电负性与空间位阻（如-CF₃范德华体积约92ų）协同效应未准确量化，阻碍分子设计理论指导。
2. 工艺兼容性与结晶动力学矛盾：添加剂高浓度（＞5wt%）破坏钙钛矿结晶，致晶粒尺寸减小、针孔缺陷，影响性能与稳定性。
3. 环境风险与规模化限制：部分含氟材料（如PFOS衍生物）有生物累积风险（半衰期＞5年），阻碍工业应用。
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为此，团队提出全面研发框架：

1. 分子设计：利用人工智能或机器学习实现高通量筛选，加速新型EWMs开发。
2. 官能团集成：研究多种吸电子官能团多样化与集成，关注协同效应。
3. 工艺应用探索：探索EWMs在不同工艺体系应用，实现一致改性效果。
4. 功能材料开发：开发适用于大面积组件工艺（如涂布、溅射）的功能材料（图8），推动产业化。
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EWMs在推动钙钛矿光伏技术商业化方面潜力巨大、前景广阔。

文献信息

Impact of Electron-Withdrawing Passivating Molecules on Perovskite Solar Cells

Guangyue Yang, Kaiwen Dong, Lina Zhu, Yu Lei, Panyu Wang, Na Shi, Likai Zheng, Xiaoqing Jiang, Juan-Ding Xiao

https://chemistryeurope.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cssc.202501503