Angew. Chem. ：有机半导体配体四极矩相互作用调控二维钙钛矿薄膜结晶生长

近年来，共轭有机半导体配体在二维（2D）钙钛矿的研究领域引起了广泛关注。这是因为与小尺寸配体相比，这些配体具有更加卓越的稳定性、独特的半导体特性和较低的激子结合能。然而，要通过范德华力和π-π相互作用来调控这些大体积且刚性的配体的组装过程却十分困难，这为调控2D钙钛矿的成核和生长并制备高性能太阳能电池提出了挑战。

对此，南开大学的刘永胜教授团队基于非共价键相互作用—四极矩相互作用，设计了两种功能化的共轭有机半导体配体PTMA和5FPTMA，并基于混合配体5F/PTMA制备得到了高效稳定的2D 钙钛矿太阳能电池。同时，该团队与北京中科院高能物理所的陈雨研究员合作，利用同步辐射技术对薄膜结晶动力学过程进行了深入研究，发现四极矩相互作用诱导的有机配体自组装对钙钛矿的成核和结晶过程具有有效的调控作用。

作者通过混合配体的方法，将四极矩相互作用引入有机配体层，以调节大尺寸有机配体的自组装过程。通过采用DFT计算、XPS、DLS等多种方法，对2D钙钛矿中有机配体自组装行为的变化进行了详细表征。原位和不同入射角度的GIWAXS测试结果证明了四极矩相互作用对晶体生长过程的调控以及晶体取向的调节。与此同时，四极矩相互作用的引入不仅增强了晶格结构，减小了晶格应变和晶界，还导致了较低的缺陷密度和提升的载流子迁移率。最终，基于 (5F/PTMA)₂MA_n−1Pb_nI_3n+1 (n = 5) 薄膜的光伏器件实现了18.56%的能量转化效率。这项工作通过利用半导体配体之间的四极-四极相互作用，成功调控了薄膜的成核与结晶，为理解基于共轭有机半导体配体的2D钙钛矿薄膜的结晶生长过程提供了重要的见解。

论文信息

Crystal Growth Regulation of Ruddlesden–Popper Perovskites via Self-Assembly of Semiconductor Spacers for Efficient Solar Cells

Mingqian Chen,# Xiyue Dong,# Yufei Xin, Yuping Gao, Qiang Fu, Rui Wang, Zhiyuan Xu, Yu Chen,* and Yongsheng Liu*

文章的第一作者是南开大学的硕士研究生陈明乾和博士研究生董西悦。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202315943