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刘永胜JACS: 15.75%效率！噻吩基二铵DJ相钙钛矿太阳能电池

原创纳米技术知光谷 6月2日

和传统三维钙钛矿材料相比，二维钙钛矿材料目前在光伏材料中显示出非常好的可调节性和较好的环境稳定性，南开大学刘永胜等通过一种二价噻吩分子（2,5-噻吩二甲基铵）作为阳离子，应用在二维Dion–Jacobson型钙钛矿材料，制备了高质量的二维钙钛矿(ThDMA)MA_n-1Pb_nI_3n+1（n=5），制备的材料有较好的晶化程度、优化的生长方向、改善的载流子寿命。
二维材料的制备过程通过一步方法在DMF/DMSO（9:1）混合溶液中实现，制备的电池效率达到了15.75 %，是目前二维钙钛矿中最好的效率。此外，未组装的二维钙钛矿基电池在N₂中储存1655 h后仍然能保持95 %的电池效率。特别的，和三维结构钙钛矿相比，这种二维钙钛矿材料在80 ℃中的光稳定性和热稳定性都明显提高。这些结果说明，通过二价噻吩分子制备的二维钙钛矿太阳能电池具有较好且稳定的工作效率。
2,5-噻吩二甲基铵合成。2,5-噻吩二甲醛在NaBH₄中将醛基还原为羟基，随后在DBU中催化中和二苯基磷酸叠氮基（DPPA）反应，将羟基转化为N₃基团。在PPh₃催化作用中将N₃转化为NH₂。随后通过Boc₂O对NH₂进行保护，随后和HI反应转化为胺基碘化物。
制备了结构为ITO/PEDOT: PSS/perovskite/PCBM/BCP/Ag的太阳能电池。优化后的电池中开路电压达到1.07 V，电流密度达到19.55 mA cm^-2，填充因子达到75.46 %。对比电池的效率为6.11 %，开路电压为1.00 V，电流密度为9.83 mA cm^-2，填充因子为62.01 %。

Di Lu, Guangwei Lv, Zhiyuan Xu, Yixin Dong, Xiaofei Ji, and Yongsheng Liu*，Thiophene-d Two-Dimensional Dion–Jacobson Perovskite Solar Cells with over 15% Efficiency, J. Am. Chem. Soc. 2020DOI：10.1021/jacs.0c03363https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c03363