钙钛矿太阳能电池技术正在迅猛发展，然而，表面和界面缺陷仍是制约其性能和稳定性的主要挑战，也是该技术商业化的关键瓶颈。利用环状主体分子与阳离子间的超分子相互作用，钙钛矿表面的主客体络合提供了解决这一问题的有效手段。
目前，冠醚及其衍生物因其负电荷空腔结构，已成为被广泛应用于络合钙钛矿表面的环状主体分子。这类分子所形成的超分子复合物能够抑制缺陷态对载流子的捕获，并增强钙钛矿对离子迁移、水和氧吸附的抵抗力。然而，冠醚与钙钛矿的超分子相互作用及其功能仍需进一步研究。此外，冠醚在大面积钙钛矿太阳能模块上的作用仍需进一步提升。
鉴于此，洛桑联邦理工学院Michael Graetzel教授团队的魏明杨博士、青岛科技大学的蒋晓庆副教授和中国科学院青岛能源所的逄淑平研究员合作，通过定制主客体复合物中的超分子相互作用，制备高效且稳定的钙钛矿太阳能电池和模块。作者发现通过氮杂原子取代策略，冠醚分子的偶极矩得到增强。较高的分子极性对应供体原子周围的负部分电荷分布的扩展，进而提高了其对软路易斯酸铅阳离子的电子供体能力，增强了与铅阳离子的配位性。
作者将氮杂冠醚作为钙钛矿薄膜的添加剂，提高了膜的均匀性和结晶性，获得了更低的缺陷密度及与空穴传输材料更好的能级匹配。该策略使得钙钛矿太阳能电池的光电转换效率超过了25%，并显示出较好的长期稳定性。此外，基于氮杂冠醚的钙钛矿太阳能模块的光电转换效率达到了创纪录的21.5%。
最终，该研究展示了通过设计冠醚分子的偶极矩来优化超分子相互作用，为高效稳定的钙钛矿光伏提供了一条有前景的研究途径。
论文信息
Tailored Supramolecular Interactions in Host–Guest Complexation for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells and Modules
Guangyue Yang, Xin Liu, Linqin Wang, Kaiwen Dong, Bingqian Zhang, Xiaoqing Jiang, Yanfeng Yin, Minhuan Wang, Wenzhe Niu, Likai Zheng, Shitao Yu, Shiwei Liu, Shaik M. Zakeeruddin, Xin Guo, Shuping Pang, Licheng Sun, Michael Grätzel, Mingyang Wei
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202410454
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