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南開龍官奎small：烷基氟化芳香乙脒陽離子增強2DRP PSCs的晶格穩(wěn)定性與性能

發(fā)表時間：2025-02-17 11:20

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主要內(nèi)容：

含氟有機陽離子能提升準2D Ruddlesden-Popper 鈣鈦礦太陽能電池（2DRP PSCs）的效率，但大多數(shù)研究都集中在苯環(huán)上氟的取代。在本篇文章中，南開大學材料科學與工程學院的龍官奎教授、陳永勝教授以及劉永勝利教授帶領(lǐng)其團隊設(shè)計了一種新型的α-氟苯乙基脒胺（α-FPEIA）間隔陽離子，它在脒基的α-碳上帶有氟原子，可以提高 2DRP PSCs 的性能和穩(wěn)定性。單晶結(jié)構(gòu)顯示，這種新材料中的有機陽離子與無機骨架之間的相互作用更強，Pb-I-Pb 角度更大，這有助于電荷轉(zhuǎn)移并增強鈣鈦礦薄膜的晶格穩(wěn)定性。理論計算表明，(α-FPEIA）2PbI4的量子限制效應(yīng)減弱了，有利于載流子傳輸。此外，基于α-FPEIA 的鈣鈦礦薄膜表現(xiàn)出更好的晶體質(zhì)量、更合適的能級排列、更少的陷阱態(tài)以及更長的載流子壽命。這些改進使(α-FPEIA)2(Cs0.05FA0.8MA0.15)4Pb5I16 (n = 5) 器件的效率達到了18.15%，相比之下基于苯乙銨（PEA）的PSCs高出了不少（后者為15.38%），同時提高了未封裝PSCs的穩(wěn)定性。研究表明，在PEA的烷基鏈中引入氟原子并用脒基取代銨基是制備高性能且穩(wěn)定的倒置2D PSCs的一種新方法。