Angew. Chem. Int. Ed. ：穩定鈣鈦礦太陽能電池中的鋰離子內嵌富勒烯（Li+@C60）摻雜物誘導即時摻雜和抗

【引言】

近年來，鉛鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）受到了相當多的關注，現在其功率轉換效率（PCE）超過20％。然而，PSC的低穩定性是其嚴重缺點，急需解決。Spiro-MeOTAD在PSC開發的初期階段帶來了突破，PCE的實質性改進。然而，其本身低遷移率，需要p型摻雜劑—雙（三氟甲磺酰基）酰亞胺鋰（Li⁺TFSI^-）增加電導率。由于用Li⁺TFSI^-摻雜Spiro-MeOTAD需要氧氣，難以控制Spiro-MeOTAD的氧化。另外，包括Li⁺和氧氣濃度在內的許多因素都會增加氧化Spiro-MeOTAD的量。Spiro-MeOTAD的這種不受控制的氧化導致PSC的不一致性和不穩定性。

【成果簡介】

近日，在日本東京大學Yutaka Matsuo教授（通訊作者）課題組的帶領下，與東北師范大學、瑞典烏普薩拉大學、日本大阪大學和日本國家先進工業科學和技術研究所合作，使用[Li⁺@C₆₀]TFSI^-替代Li⁺TFSI^-作為鉛鹵化物鈣鈦礦太陽能電池中Spiro-MeOTAD的摻雜劑，利用富勒烯籠封裝Li⁺將親水性堿鹽改變為疏水性物質。這種方法使其空氣穩定性是使用Li⁺TFSI^-的近10倍。高的穩定性歸因于[Li⁺@C₆₀]TFSI^-的疏水性質并且吸收入侵的氧氣，從而保護鈣鈦礦裝置免于降解。此外，[Li⁺@C₆₀]TFSI^-可以在不需要氧氣的情況下氧化Spiro-MeOTAD。在照明條件下，封裝器件具有超過1000小時的空氣穩定性。相關成果以題為“Lithium-Ion Endohedral Fullerene (Li⁺@C₆₀) Dopants in Stable Perovskite Solar Cells Induce Instant Doping and Anti-Oxidation”發表在了Angew. Chem. Int. Ed.上。

【圖文導讀】

圖1 [Li⁺@C₆₀]TFSI^-加入Spiro-MeOTAD的光譜表征

a）在[Li⁺@C₆₀]TFSI^-（0-1.5當量）存在下，在氯苯中進行Spiro-MeOTAD（8.7×10^-6m）的UV/Vis-NIR吸收滴定曲線。黑線是初始光譜，紫線是MeOTAD /[Li⁺@C₆₀]TFSI^-= 1：1。插圖：400-1100nm區域的擴大圖；

b）測得的Spiro-MeOTAD/[Li⁺@C₆₀]TFSI^-?=1：1（紫線）和在沒有電子相互作用（綠線）的情況下，模擬的Spiro-MeOTAD/[Li⁺@C₆₀]TFSI^-= 1：1；

c）隨著時間推移，Li⁺TFSI^-加入Spiro-MeOTAD（紅色方形線）和[Li⁺@C₆₀]TFSI^-加入Spiro-MeOTAD（藍色圓形線）的WVTR變化；

d）隨著時間推移，Li⁺TFSI^-加入Spiro-MeOTAD（紅條）和[Li⁺@C₆₀]TFSI^-加入Spiro-MeOTAD（藍條）的總透水量的累積條形圖。

圖2?使用[Li⁺@C₆₀]TFSI^-的MAPbI₃-PSC穩定性測試

a）用[Li⁺@C₆₀]TFSI^-表示PSC；?

b）使用[Li⁺@C₆₀]TFSI^-的MAPbI₃-PSC和(FAPbI₃)_0.85(MAPbBr₃)_0.15-PSC在1日照下的最佳J-V曲線；?

c）使用[Li⁺@C₆₀]TFSI^-和Li⁺TFSI^-的MAPbI₃-PSC的穩定性測試；

d）使用[Li⁺@C₆₀]TFSI^-和Li⁺TFSI^-的(FAPbI₃)_0.85(MAPbBr₃)_0.15-PSC的穩定性測試，測試條件是器件在空氣中的恒定照明下。

圖3?新空穴傳輸材料內部機制

【小結】

該團隊發現的[Li⁺@C₆₀]TFSI^-替代Li⁺TFSI^-作為PSCs中Spiro-MeOTAD的摻雜劑。具有[Li⁺@C₆₀]TFSI^-的PSCs表現出更高的穩定性。這種長時間的穩定性歸因于包封Li⁺的富勒烯籠的親水性質和Li⁺@C₆₀的抗氧化性質。這項工作首次證明了內含Li的富勒烯裝置的應用，并成功地解決了鈣鈦礦太陽能電池穩定性問題，顯示出富有成果的潛在新研究方向。

文獻鏈接：Lithium-Ion Endohedral Fullerene (Li⁺@C₆₀) Dopants in Stable Perovskite Solar Cells Induce Instant Doping and Anti-Oxidation（Angew. Chem. Int. Ed. ,?2018, DOI: 10.1002/anie.201800816）

本文由材料人編輯部學術組木文韜翻譯，材料牛整理編輯。

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