PCE 26.66%！稠环电子受体FREAs赋能高效钙钛矿光伏器件

主要内容

目前，研究者常采用多种化学性质丰富的添加剂调控晶体生长并钝化缺陷，以提升钙钛矿太阳能电池（PSCs）的器件效率。然而，已报道添加剂种类繁杂，且缺乏适用于多用途添加剂的可靠分子设计平台，导致不同研究团队间实验重现性较差，严重降低了高性能PSCs的可信度。为此，北京大学占肖卫和周欢萍等人提出一种基于稠环电子受体（FREAs）的通用、合理添加剂分子设计策略，旨在制备兼具高重现性与高效率的PSCs。

该团队率先选用的FREAs是一类技术成熟的分子设计平台，具备分子结构易修饰、材料性能可调控的优势；同时，FREAs在有机光伏领域的广泛适用性与重现性已得到全球科研界的公认。通过对FREAs进行模块化分子设计，团队发现：调控FREAs主链结构可优化钙钛矿薄膜的能级匹配，进而促进薄膜内电荷输运；设计FREAs侧链结构则能诱导钙钛矿薄膜形成具有适度晶格应力的褶皱形貌，抑制离子迁移，从而提升器件稳定性。

在此基础上，团队系统探究了FREAs的端基取代、稠环数量及侧链尺寸对其与钙钛矿所形成复合体系性能的影响。结果表明：以含五稠环核心且端基无取代的FREAs构建的复合体系，因具备更优的能级匹配及有效的缺陷钝化效果，能量损失更低；而采用己基噻吩侧链的FREAs所形成的复合体系，得益于微晶体质量提升及褶皱状宏观形貌的形成，展现出最佳薄膜品质。

通过优化FREAs的分子结构设计，研究团队合成了新型FREA（IDIC-Th），并构建了FREA-钙钛矿复合体系器件。基于IDIC-Th的p-i-n型PSCs光电转换效率（PCE）达26.66%（认证效率26.35%），显著高于未添加FREAs的参比器件（24.44%），且器件性能重现性良好。此外，该器件在1个太阳光照强度下持续运行2150小时后，仍可保持初始效率的92%，热稳定性同步提升；而相同条件下未添加FREAs的参比器件，效率仅保留初始值的66%。

本研究首次明确了FREAs分子结构与复合体系器件性能间的构效关系，有效同步提升了PSCs的效率与稳定性，为高性能PSCs提供了一种可靠、通用的FREA基添加剂平台。

文献信息

Fused-RingElectronAcceptorsasaVersatileAdditivePlatformforEfficientPerovskitePhotovoltaics

YitingJiang，HuachaoZai，XiaojianZheng，YuchenZhang，M.BilalFaheem，ShuixingDai，ZhengLv，YueMa，LiangLi，YiranTao，XiaoZhu，JiaqianKang，ShaochengLiu，HengLu，ShengyuQin，TingluSong，XueyunWang，XunXiao，HuaiYang，XinhuiLu，QuinnQiao，QiChen，HuanpingZhou，XiaoweiZhan

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c16976