Angew. Chem. ：从结构设计到功能构建: 高性能FA基钙钛矿太阳能电池中的胺分子

太阳能电池是人类应对环境和能源问题的重要技术。近十几年来，以钙钛矿为核心光吸收层材料的钙钛矿太阳能电池（PSC）发展迅速，其光电转化效率（PCE）快速提升到25.7%，直追商业化的晶硅太阳能电池，引起了学术界和工业界的广泛关注。在各种钙钛矿吸收层材料中，甲脒（FA）基钙钛矿由于理想的带隙和良好的热稳定性，被认为是目前最有前途的光吸收钙钛矿材料之一。

为追求更高的 PCE 和更好的器件稳定性目标，促进FA基钙钛矿太阳能电池的快速发展和潜在应用，研究人员引入了各种添加剂进行材料结构和器件功能优化。其中，作为最典型的添加剂之一，各种胺类分子已被广泛应用于FA基钙钛矿太阳能电池中，并获得了优异的性能。明确不同结构胺分子提高FA基钙钛矿太阳能电池性能的作用机理，将为进一步开发高性能 PSC，尤其是 FA 基 PSC 提供重要指导。

近日，中科院化学所宋延林和郑州大学张懿强、张沙沙等人系统分析了不同结构胺分子在制备高质量 FA 基钙钛矿和高性能FA基PSC中的功能和作用，揭示了胺分子结构设计-添加剂功能构建-PSC性能提升的内在联系，总结了高性能FA基PSC中胺分子功能构建的结构设计规则，并提出未来PSC中添加剂分子可能的发展方向。

根据分子结构类型，作者将胺分为四种：小尺寸胺、线性胺、芳香胺和杂环胺。文章深入探讨了不同结构胺分子对FA基钙钛矿晶体生长的调控机制，对钙钛矿缺陷钝化、电荷转移、水分屏蔽等性能的具体调控作用，及其对FA基PSC效率和稳定性的影响。

基于不同结构胺在FA基PSC中的功能，作者提出五种关键策略用于设计高性能 PSC 中新型功能胺分子：(i) 小尺寸胺的半径和配位能力选择实现结构稳定性； (ii)线性烷基胺的链长设计和合理功能化平衡缺陷钝化和电荷收集；(ⅲ)芳香胺空间构型、结构刚度和电子分布调控实现能带匹配及同时改善疏水性和导电性；(iv)功能原子/基团的类型、数量和位置设计以实现最佳功能构建；(v)构建具有角共享、畸变小的无机八面体的二维结构，通过2D-3D维度工程实现 FAPbI₃钙钛矿的结构稳定性。最后，作者展望了胺类添加剂分子的未来发展，如开发杂环胺和多苯环芳香胺等。

论文信息：

From Structural Design to Functional Construction: Amine Molecules in High-Performance FA-based Perovskite Solar Cells

Chunpeng Fu,Zhenkun Gu,Yan Tang,Qian Xiao,Shasha Zhang,Yiqiang Zhang,Yanlin Song

文章的第一作者是郑州大学硕士研究生付春朋和青年教师谷振坤。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202117067