化学学院教师邱剑峰博士在钙钛矿太阳能电池的研究中取得重要进展，提出一种全新的分子设计策略以提升电池的效率和稳定性。相关研究成果以“Tailored electron-deficient macrocycles guiding perovskite crystallization process for solar cells”为题，发表于Journal of the American Chemical Society。

图 NBP[2]的分子结构、功能位点及电池的光电转换效率图

钙钛矿太阳能电池(PSC)因具有效率高、成本低及易制备等优势被认为是实现“碳达峰碳中和”目标的重要光伏技术。然而，电池运行稳定性仍然是本领域最大的挑战。在钙钛矿晶体生长过程中出现的固有缺陷会导致电池在长期运行过程中出现钙钛矿的分解。此外，钙钛矿中的卤离子在偏压或热条件下的迁移会诱发钙钛矿薄膜的降解与界面失稳。因此，减少缺陷和抑制卤离子迁移对提高钙钛矿太阳能电池稳定性至关重要。

针对上述问题，研究人员提出“一石二鸟”的创新解决思路，即以联苯芳烃大环作为骨架，通过引入硝基(-NO₂)这种强吸电子基团，构建一种“多功能”大环分子，该分子能够在钝化缺陷的同时有效抑制卤离子迁移，提升电池的效率和稳定性。

研究结果表明，缺电子联苯芳烃大环分子NBP[2]能够与钙钛矿中未配位的铅离子(Pb²⁺)形成路易斯酸碱、阳离子-π相互作用，减少由Pb²⁺导致的缺陷。与此同时，NBP[2]与卤离子(Br^-、I^-)形成阴离子-π、氢键相互作用，提高了卤离子的活化能，有效抑制了卤离子迁移。基于NBP[2]的电池光电转换效率(PCE)达到25.38%。电池稳定性方面，在持续光照1000小时后，PCE保持初始值的95.8%；在75℃运行2100小时后，PCE保持初始值的93.2%，展现出优异的电池运行定性。

该研究工作系首次将缺电子联苯芳烃大环分子引入钙钛矿太阳能电池，实现了对钙钛矿晶体缺陷和卤离子迁移的同步调控，显著提升了PSC的效率和运行稳定性，为钙钛矿太阳能电池的商业化应用提供重要技术支撑。

天津师范大学化学学院教师邱剑峰博士、阿卜杜拉国王科技大学朱红伟博士、邵炳尧博士和天津大学史娅婷博士为论文共同第一作者，天津师范大学为第一通讯单位。该研究工作得到了国家自然科学基金(项目编号：22301218、62422512)，天津市自然科学基金(项目编号：23JCZDJC00660)和中国国家留学基金管理委员会项目(项目编号：202006070004)等基金支持。

论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c15639