西北工业大学Angew：二茂铁持久性消除钙钛矿太阳能缺陷位点

纳米技术

2021-09-22

铅基卤化物钙钛矿在不同离子之间存在着非常复杂的相互作用，因此可能产生多重不同结构本征缺陷位点。分别在A-、B-、X-位点上分别形成有机胺、Pb、I缺陷是导致钙钛矿太阳能电池性能衰减的重要原因。以往的报道中，钙钛矿钝化方法一般只能钝化部分缺陷位点，使用的试剂以牺牲剂形式实现钝化缺陷。

有鉴于此，西北工业大学秦天石等报道二茂铁（Fc）能够通过链式反应循环持续的消除钙钛矿材料各种缺陷，此外二茂铁阳离子能够导致形成1D钙钛矿结构，表现合适的解离能，导致1D钙钛矿恢复为具有光吸收能力的3D钙钛矿。这种二茂铁试剂显著改善钙钛矿太阳能电池的稳定性，将钙钛矿太阳能电池的惰性环境寿命延长，达到>10000 h。而且在各种极端环境（比如85 ℃中持续加热、50 %的相对湿度、1个太阳光照射）中的太阳能电池寿命达到>1000 h。

本文要点：

（1）

二茂铁分子Fc修饰在钙钛矿材料中，能够通过链式循环反应（Fc→FcI→FcPbI₃→Fc）实现消除钙钛矿中的各种缺陷。通过NMR、ESR、UV-Vis、XRD、XPS等表征手段验证钙钛矿材料的B-缺陷、X-缺陷位点能够通过Fc→FcI氧化还原机理过程实现钝化。FcI能够与PbI₂ Schottky缺陷位点进行反应生成1D FcPbI₃钙钛矿结构，其中含有大量的立体空位和比较合适的解离能捕捉A位点缺陷，并且恢复为具有光吸收能力的3D钙钛矿。通过实验和计算模拟都验证这种作用机制的存在。

（2）

这种二茂铁分子展示了一种长久的消除缺陷作用机制，能够有效的修复钙钛矿的本征Frenkel缺陷、Schottky缺陷，为发展价格合理的钙钛矿太阳能电池和钙钛矿太阳能电池实现商业化提供经验。

参考文献

Qing Chang, Fangfang Wang, Wenxin Xu, Aifei Wang, You Liu, Juangan Wang, Yikai Yun, Song Gao, Kang Xiao, Liangliang Zhang, Lin Wang, Jianpu Wang, Wei Huang, Tianshi Qin*, Ferrocene Induced Perpetual Recovery on All Elemental Defects in Perovskite Solar Cells, Angew. Chem. Int. Ed. 2021

DOI: 10.1002/anie.202112074

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202112074