北京
中国科学院大连化学物理研究所刘生忠、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所Yuanhao Gong、陕西师范大学张璐等人围绕钙钛矿太阳能电池界面改性与结晶调控展开深入研究。提升分子添加剂与钙钛矿基底的界面结合亲和力是改善器件长期稳定性的关键，然而分子立体构型如何调控钙钛矿界面相互作用与晶体生长行为，此前仍缺乏系统探究。针对该问题，该团队提出一种手性立体锚定调控策略，通过精准的立体化学分子设计，系统调控甲脒铅碘（FAPbI₃）钙钛矿的胶体演化、成核动力学与晶体生长全过程，并设计制备了一对手性对映体添加剂，即(R)-4-(吡咯烷-3-基)硫代吗啉-1,1-二氧化物二盐酸盐（R-Pye）与S构型异构体（S-Pye），实现对钙钛矿结晶行为的手性选择性调控。
两种手性异构体在界面吸附与缺陷抑制能力上呈现显著差异：得益于更为优异的空间位阻适配性，R-Pye可在钙钛矿表面形成更稳定的吸附结构，界面结合能高达9.45 eV，显著高于S-Pye的7.33 eV；同时R-Pye可将碘空位形成能提升至4.56 eV，远优于S-Pye体系的2.46 eV，能够有效抑制碘空位缺陷的生成。强化的界面配位作用可有效稳定前驱体胶体颗粒、提升临界成核半径、诱导晶体有序定向生长，最终获得结晶度更高、缺陷密度更低的高质量钙钛矿活性层薄膜。
性能测试结果表明，经R-Pye立体化学改性的钙钛矿太阳能电池实现了光电性能与工作稳定性的协同提升，最优器件光电转换效率（PCE）可达26.13%，开路电压（Voc）为1.20 V，填充因子（FF）同步优化。在550 h连续最大功率点（MPP）追踪测试下，器件仍可维持94.8%的初始效率，展现出优异的长效运行稳定性。该研究明确阐明，分子立体构型是调控界面相互作用、优化成核与结晶路径的关键因素，证实立体化学调控是高性能钙钛矿电池添加剂工程中极具潜力的改性策略，为精准调控钙钛矿结晶质量、突破器件效率与稳定性瓶颈提供了全新的设计思路与技术途径。
文献信息
ChiralMolecularConfiguration-MediatedCrystallizationofPerovskitesforHigh-PerformanceSolarCells
RunkangWang,YujieZhu,JiaxueYou,YunfanWang,JiarongWu,JinghaoGe,PengdaTong,ShilongJia,XiaogangWang,YiranTao,Hao-ChungKuo,AdelNajar,LuZhang,YuanhaoGong,Shengzhong(Frank)Liu
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.71222
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