针对高效稳定逆向钙钛矿太阳能电池的定向优化哌嗪鎓衍生物

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Orientation-Tuned Piperazinium Derivatives for Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells

界面缺陷制约了倒置钙钛矿太阳能电池的高效与长时稳定性，本研究通过哌嗪衍生物分子设计调控界面取向，其中N-甲酰基哌嗪碘化物（NFPI）通过双位点锚定和降低缺陷密度实现25.82%的高效和显著提升的稳定性。

　　

界面缺陷一直是实现倒置钙钛矿太阳能电池（PVSCs）高效率和长期稳定性的主要瓶颈。尽管最近的研究强调了钝化剂在钙钛矿表面取向的重要性，但对取向偏好的系统控制和量化却鲜有关注。在这里，我们提出了一种基于哌嗪衍生物的定向调控分子设计策略，通过取代基工程来调节空间位阻，从而促进钙钛矿表面的面对面排列。在该系列化合物中，N-甲酰哌嗪碘化物（NFPI）表现出最强的面对面排列偏好，能够同时与未配位的Pb²⁺和FA⁺空位形成双位点锚定。密度泛函理论和光谱分析证实，NFPI具有最高的结合能、较低的陷阱密度、更长的载流子寿命以及更强的界面带弯曲效应。因此，用NFPI钝化的PVSCs实现了25.82%的峰值光电转换效率（PCE），开路电压为1.182 V，且滞后现象极小。此外，这些器件在65 °C下热老化1500小时后仍保持90%的初始PCE（ISOS-D-2），而封装后的器件在连续运行条件下其T₈₀（即80%效率时间）可达477小时（ISOS-L-1）。这项工作确立了吸附取向控制作为高效且耐用PVSCs的关键设计原则。