刘生忠&冯江山AM：哌啶衍生物的通用型3D/2D表面异质结用于高效反式钙钛矿太阳能电池

3D/2D钙钛矿异质结构已成为同时提升钙钛矿太阳能电池（PSCs）效率和稳定性的有效策略。

本研究中国科学院大连化学物理研究所刘生忠和陕西师范大学冯江山等人引入了一种氟化哌啶衍生物——4-三氟甲基哌啶（p-CF₃PIP），作为3D钙钛矿的精确表面重构剂。通过利用–CF₃基团的强疏水性以及哌啶环与碘化铅之间的配位作用，该方法促进了高n值（n = 4）2D钙钛矿的生长，显著提升了薄膜稳定性。3D/2D结构显著促进了电子的提取与传输，有效降低了界面缺陷态密度，从而抑制了载流子复合。所得反式PSC（带隙1.55 eV）实现了26.17%的卓越光电转换效率（PCE）和1.194 V的高开路电压（VOC）。该策略具有广泛适用性：柔性器件效率达24.26%，宽带隙（1.68 eV）体系效率达22.72%。

值得注意的是，3D/2D异质结展现出优异的长期稳定性，在25°C下ISOS-L-1协议中1730小时后仍保持99%的初始PCE，并在85°C最大功率点跟踪423小时后仅衰减20%。

文章亮点：

1. 精准表面重构：采用氟化哌啶衍生物p-CF₃PIP作为表面重构剂，成功在3D钙钛矿表面诱导生长出高n值（n=4）的2D钙钛矿层，实现能级对齐与缺陷钝化的双重优化。

2. 高效电子提取与传输：3D/2D异质结显著提升电子提取效率，降低界面缺陷密度，抑制非辐射复合，使反式PSC效率突破26%，VOC高达1.194 V。

3. 卓越稳定性与通用性：未封装器件在空气中1730小时保持99%初始效率，85°C高温MPP跟踪下423小时仅衰减20%；策略适用于柔性、宽带隙等多种器件结构。

J. Zhang, N. Yan, Y. Cao, et al. “ Universal 3D/2D Surface Heterojunction-Based Piperidine Derivatives for Efficient Inverted Perovskite Solar Cells.” Adv. Mater. (2025): e11162.

https://doi.org/10.1002/adma.202511162

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