通威太阳能联合电子科大白赛/于军胜&四川大学赵德威&中南大学袁俊等研究通过多功能含氟添加剂调节宽带隙结晶和缺陷，使卤素分布均匀化

摘要

1.67eV宽带隙的器件结构：ITO/PTAA/Cs0.2FA0.8Pb(I0.8Br0.2)3/C60/BCP/Cu

器件性能：PCE：22.22%，Voc1.243 ，FF 82.81%，Jsc21.58

通威太阳能联合电子科大白赛/于军胜&四川大学赵德威&中南大学袁俊等团队探索了一种多功能含氟添加剂8-五氟苄氧基喹啉(8-PFBQ)，用于调节宽带隙(1.67 eV) 钙钛矿的结晶和缺陷特性，从而提高后续太阳能电池的效率和运行稳定性，相关成果发表于Advanced Functional Materials期刊。结果表明，8-PFBQ的喹啉基团可以与铅离子进行强配位，而氟化苄基则通过阴离子-π和氢键相互作用与有机卤化物有效相互作用。这些协同效应提高了晶体质量和成分均匀性，从而全面减少了钙钛矿活性层中的缺陷。

01

添加剂8-PFBQ的作用机制

8-PFBQ 分子由一个具有 Lewis 碱性质的喹啉基团和一个电子匮乏的五氟苯基组成，五氟苯基连接在喹啉的8-位。喹啉基团中氮原子具有孤对电子，使其具备与其他原子或离子发生配位作用的能力；而五氟苯基由于氟原子的强电负性，不仅自身具有独特的电子云分布，还能诱导产生多种特殊的相互作用 。这种结构特点是其发挥作用的基础，两种基团相互配合，共同对钙钛矿薄膜及电池性能产生影响。

配位作用稳定晶体结构

喹啉基团的氮原子能够与钙钛矿前驱体中的

中的

发生强烈的配位作用。在钙钛矿结晶过程中，这种配位作用有效减缓了结晶速度，为晶体生长提供了更有序的环境，有利于形成高质量的钙钛矿晶体。从 XRD 测试结果可知，添加 8-PFBQ 后，钙钛矿薄膜的 (100) 和 (110) 峰衍射强度增强，半高宽减小，证明晶体质量得到提升。

氢键和阴离子 -π 相互作用减少缺陷

一方面，五氟苯基中的氟原子电负性强，能与有机卤化物中的 N-H 基团形成氢键（N-H・・・F）。FTIR 光谱显示，添加 8-PFBQ 后，NMR 光谱中 FA 阳离子氢原子峰发生 0.01 ppm 的低场位移，都证实了氢键的形成。这一作用有效抑制了有机阳离子空位的形成，稳定了钙钛矿结构。另一方面，五氟苯基的 π 平面因氟原子的存在呈现正的静电势，与钙钛矿中的卤化物发生阴离子 -π 相互作用，这进一步增强了 8-PFBQ 与钙钛矿各组分之间的相互作用。这些相互作用共同减少了钙钛矿薄膜体相和表面的有害缺陷。

调控卤化物分布和结晶过程

在钙钛矿薄膜退火过程中，8-PFBQ 与钙钛矿各组分间的强相互作用，延缓了有机卤化物与

的反应进程。原位 PL 光谱表明，8-PFBQ 减缓了卤化物的扩散和结晶速度，促进了碘溴离子的交换过程，抑制了富 I 相的聚集，使得卤化物分布更加均匀。PL 映射结果显示，添加 8-PFBQ 的薄膜 PL 峰波长变化仅约 1-2nm，证明其有效抑制了混合卤化物宽带隙钙钛矿薄膜中的成分梯度，减少了非辐射复合，提升了电池的

等性能 。

02

器件制备

ITO 基板预处理

将玻璃 / 氧化铟锡（ITO）基板先浸泡在含去离子水的洗涤剂溶液中 2 小时，接着依次在去离子水和乙醇中超声清洗 15 分钟，以彻底清除表面杂质。随后用氮气枪吹干，再进行 15 分钟的紫外线臭氧处理，增强其亲水性与表面活性，处理后转移至手套箱备用。

空穴传输层（PTAA）制备

把 PTAA 溶解在甲苯中配制成浓度为 2mg/mL 的溶液，以 4000 转 / 分钟的速度在处理好的 ITO 基板上旋涂 30 秒，然后在 100°C 的环境下退火 10 分钟。为增强钙钛矿在 PTAA 上的润湿性，会用 F-PEAI（2.7mg/mL 的 DMF 溶液）以与钙钛矿层相同的旋涂参数对 PTAA 进行冲洗，但在进行如 XPS 等薄膜表征时，为避免干扰会省略此步骤 。

钙钛矿层制备

按化学计量比将 FAI、CsI、PbI₂和 PbBr₂混合，以 DMF:DMSO（4:1 v:v）为前驱体溶剂，并添加 1.25mol% 的 Pb (SCN)₂，配制成浓度为 1.2M 的钙钛矿溶液（

）。对于添加 8-PFBQ 的目标薄膜，需将 8-PFBQ（2mg/mL）掺入钙钛矿前驱体中。在旋涂时，先以 500 转 / 分钟的速度旋涂 2 秒，接着以 4000 转 / 分钟的速度旋涂 60 秒，在旋涂至 30 秒时，逐滴加入 500μL 的二乙醚。旋涂完成后，先在 60°C 下退火 1 分钟，再在 100°C 下退火 6 分钟 。

后处理及其他功能层制备

用 2mg/mL 的 TEACl 的 IPA 溶液在钙钛矿层上以 3000 转 / 分钟的速度旋涂 30 秒进行后处理，然后在 100°C 下退火 5 分钟。之后将样品转移至热蒸发室，依次沉积 20nm 的

和 5nm 的 BCP 。

电极沉积

在高真空（

Pa）环境下，蒸发沉积 100nm 厚的 Cu 层作为电极，最终制备的器件测试有效面积为

。

03

图文信息

04

论文信息

论文标题：《Homogenizing the Halogen Distribution via a Multifunctional Fluorine-Containing Additive Toward High-Performance Inverted Wide-Bandgap Perovskite Solar Cells》（通过多功能含氟添加剂使卤素分布均匀化，实现高性能反式宽带隙钙钛矿太阳能电池）

发表期刊：《Advanced Functional Materials》

发表时间：2025年1月21日

作者：Jiawen Li, Shaofeng Zhu, Chunyang Yin, Cong Chen, Jun Yuan,* Haifeng Zhao, Hongkang Gong, Bo Yang, Ding Zheng, Guoqiang Xing, Dewei Zhao,* Junsheng Yu,* and Sai Bai*