化学添加剂对钙钛矿太阳能电池（pero-SCs）的结晶动力学和膜形态起着至关重要的作用，从而影响器件的性能和稳定性。特别是具有-COOH基团的羧酸及其同系物，可以有效地作为配体来加强结构完整性并降低铅外溢风险，然而在前驱体溶液中直接加入−COOH会由于钙钛矿的强配位作用而延缓钙钛矿在成膜过程中的结晶动力学。
2024年11月7日，中国科学院化学研究所李永舫院士、孟磊研究员团队在Journal of the American Chemical Society期刊发表题为“Efficient and Stable p–i–n Perovskite Solar Cells Enabled by In Situ Functional Group Conversion”的研究论文，团队成员刘敏超为论文第一作者，孟磊研究员、李永舫院士为论文共同通讯作者。
该研究提出了一种新型原位官能团转换方法，使用双（2,5-二氧代吡咯烷-1-基）4,7,10,13-四氧杂十六烷二酸酯（Bis-PEG4-NHS酯）作为反溶剂的添加剂，在退火过程中通过Bis-PEG4-NHS酯的水解反应将官能团从-COOR转变为-COOH。相应的水解产物与PbI2和FAI的相互作用增强，有助于结构完整性和缺陷钝化。该研究结果为晶体生长过程中的化学相互作用提供了有价值的见解，实现了效率为25.79%（认证为25.47%）的p−i−n pero-SC器件和显著的长期稳定性。
DOI：10.1021/jacs.4c13248
该研究在反溶剂中加入了添加剂双（2,5-二氧代吡咯烷-1-基）4,7,10,13-四氧杂十六烷二酸酯（Bis-PEG4-NHS酯，简称BPN）来调节钙钛矿结晶成核动力学。在退火过程中，BPN能够通过水解反应将官能团从-COOR原位转化为-COOH，水解产物的产率很高。相应的酸和醇分别为COOH-PEG4-COOH和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS），其与PbI2和FAI的相互作用增强，有助于结构完整性和缺陷钝化。经BPN处理的p−i−n pero-SCs的功率转换效率（PCE）为25.79%，认证值为25.47%。此外，这些装置在1个太阳照射1000小时后保持了95.5%的初始PCE，与未经处理的对照pero-SCs相比，寿命显著提高。
总之，该研究率先在反溶剂中加入了一种用于原位官能团转化的前体双（2,5-二氧代吡咯烷-1-基）4,7,10,13-四氧十六烷二酸酯（BPN）。这种创新的方法旨在调节钙钛矿晶体的成核动力学。在整个成膜阶段，观察到BPN经历了官能团转化，产生水解产物（即相应的酸和醇），增强了其与PbI2和FAI的相互作用。这些增强的相互作用是显著提高p−i−n型pero-SCs的效率和寿命的关键。将BPN处理应用于p-i-n pero-SCs可获得25.79%的高PCE（认证效率为25.47%）。此外，经过BPN处理的pero-SCs表现出显著的耐久性，在1个太阳照射1000小时后，其初始PCE保持在95.5%。与未经处理的对照pero-SCs相比，稳定性有了实质性的提高。这些结果强调了该研究的BPN原位官能团转化方法在促进pero-SCs的PCE和稳定性方面的有效性。
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