近日，柔性电子（未来技术）学院黄维院士、秦天石教授、王芳芳副教授在高效稳定钙钛矿太阳能电池领域取得了重要成果，相关成果“Orientated crystallization of FA-based perovskite via hydrogen-bonded polymer network for efficient and stable solar cells”发表在国际权威期刊Nature Communications 《自然•通讯》上。

迄今为止，钙钛矿太阳能电池的大部分效率纪录都是基于FA混合离子钙钛矿实现的，混合离子钙钛矿薄膜的结晶动力学调控是制备高效、稳定钙钛矿太阳能电池的关键。作者通过使用原位XRD，原位吸收和原位GIWAXS，深入解析了钙钛矿薄膜在旋涂和退火过程中的中间相、成核和结晶过程。研究发现，混合离子钙钛矿由于成膜过程中会产生多种中间相，导致多种成核途径，难以生长成有序的高结晶薄膜，从而影响了钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。

为了克服这些问题，作者成功设计了一种多功能氟取代分子FTPA作为添加剂，该分子的四个重要设计标准如图所示：（i）三苯胺作为分子的核心，在钙钛矿薄膜的体相和表面可以进行有效的空穴传输和能级调控；（ii）氟原子和氧原子可以与钙钛矿相互作用，抑制多种中间相的产生，促进α-FAPbI₃的取向结晶；（iii）柔性二乙醚基团作为增溶单元，使其成为粘性液体，促进了分子和钙钛矿在旋涂和退火过程中的持续相互作用。（iv）分子的乙烯基团原位聚合后可以使得分子填充钙钛矿晶界形成氢键网络，有效地稳定α-FAPbI₃。基于FTPA的钙钛矿太阳能电池实现了24.10%的效率，电压1.182 V，电流24.43 mA cm⁻²，填充因子为83.45%。此外，未封装的太阳能电池表现出了优异的稳定性，连续光照1000小时或在≈50%湿度的空气环境中加速老化2000小时后，仍保持了其初始效率值的95%以上。最后，文章还论证了FTPA分子在正、反式器件结构及不同钙钛矿组分的太阳能电池中作用的普适性。这项工作有助于更深层次地理解混合离子钙钛矿制备过程中的结晶动力学机制及调控方法，为新型钙钛矿添加剂的分子设计提供了重要见解。

王芳芳副教授、秦天石教授、黄维院士为该论文的通讯作者，硕士生李慕白和孙日明为论文的共同第一作者。该工作得到了中国国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等项目的支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36224-6

作者：柔性电子（未来技术）学院；审核：安众福