郑州大学张懿强教授团队Angew.:钙钛矿/有机叠层太阳能电池效率26.76%,缺电子胺实现卤化物锚定氢键助力稳定宽禁带钙钛矿

有机-无机杂化钙钛矿与有机半导体结合所构筑的钙钛矿/有机叠层太阳能电池（TSC）具备溶液加工、低温制备、轻质柔性等突出优势，应用潜力显著。但该类器件性能仍落后于其他叠层电池，核心问题是1.8 eV以上宽带隙钙钛矿子电池存在严重电压损失：为制备1.85 eV的钙钛矿需引入约50% Br，而I、Br结晶动力学差异会引发卤化物相分离、组分分布不均，同时宽带隙钙钛矿晶格软、结晶快，易产生大量卤素空位等缺陷，加剧离子迁移，在工作条件下进一步恶化相分离与器件稳定性，实现卤化物均匀分布并抑制离子迁移，是研发高效稳定钙钛矿/有机叠层电池的核心难题。

近日，郑州大学张懿强教授联合中科院化学所宋延林研究员、香港理工大学李刚教授于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上发表题为“Electron-Deficient Amines Enable Halide-Anchoring Hydrogen Bonding for Stable Wide-Bandgap Perovskites Toward Perovskite/Organic Tandem Solar Cells”的研究论文，该文章通过缺电子胺分子设计解决1.85 eV宽带隙钙钛矿卤化物相分离与离子迁移难题，大幅提升钙钛矿/有机叠层电池效率与稳定性。

通过在二氨基芴结构中引入强吸电子砜基（-SO₂），设计了二氨基二苯并噻吩砜（DTD）作为缺电子型胺类添加剂。砜基通过诱导效应降低氮原子上的电子云密度，增强N-H键极性，使-NH₂成为强氢键供体，从而形成N-H⋯Br⁻氢键作用。这种特异性相互作用能够稳定富溴中间体（DMSO-PbBr₂/DTD），抑制溴化物过早形核，并提高宽带隙钙钛矿中卤离子迁移的活化能垒。最终，基于1.85 eV宽带隙的单结钙钛矿太阳能电池实现了19.32%的最高光电转换效率，且在持续光照下的运行稳定性显著提升。在此基础上构筑的钙钛矿/有机叠层器件实现了26.76%的光电转换效率和2.216 V的开路电压，这一性能在带隙大于1.8 eV的宽带隙钙钛矿/有机叠层电池中处于国际领先水平。

通过引入DTD有效调控宽带隙钙钛矿结晶过程，DAF为富电子胺，倾向与钙钛矿阳离子作用；DTD因砜基吸电子效应成为缺电子胺，增强了与卤离子的N–H···X⁻氢键相互作用，通过氢键特异性结合卤离子，且与Br⁻结合更强。DFT计算表明，DTD可优先稳定DMSO-PbBr₂中间体，抑制溴过早成核，提升宽带隙钙钛矿结晶均匀性。

DTD可通过强氢键作用稳定前驱体、延缓富溴成核，显著减慢宽带隙钙钛矿结晶动力学，提升结晶度与晶粒尺寸；同时有效抑制卤化物相分离与离子迁移，实现薄膜横向与垂直方向卤化物均匀分布。

DTD通过双重锚定作用提升卤离子迁移能垒、降低缺陷密度，在光照与偏压下显著抑制卤离子迁移与相分离，大幅提升宽禁带钙钛矿的相稳定性与工作稳定性。

构筑了ITO/NiOx/4PADCB/WBG perovskite/C60/BCP/Ag结构的宽带隙钙钛矿太阳能电池，DTD修饰使器件效率提升至19.32%，滞后降低、重复性与EQE显著提高；DTD通过缺陷钝化、增强内建电场与界面复合电阻，抑制非辐射复合；同时器件光稳定性大幅提升在最大功率点持续运行900 h后，仍然能够保持初始效率的90%。

本研究通过分子设计将胺基重构为靶向溴离子的氢键供体，有效稳定前驱体、延缓成核、提高离子迁移能垒，实现卤化物均匀分布、降低缺陷、提升相稳定性。DTD修饰的1.85eV宽带隙钙钛矿电池效率达19.32%，稳定性T90>900 h；制备的钙钛矿/有机叠层电池实现26.76%效率与2.216 V开路电压，为高效稳定叠层光电器件提供有效策略。

Electron-Deficient Amines Enable Halide-Anchoring Hydrogen Bonding for Stable Wide-Bandgap Perovskites Toward Perovskite/Organic Tandem Solar Cells

张懿强教授简介：主要从事有机-无机杂化半导体材料设计、结构分析以及印刷制造太阳电池的研究工作。已发表SCI学术论文100余篇，被引用1万余次（H因子61），受邀撰写英文专著章节2 章；担任Nature、Nature Photonics、Nat. Commun.、Adv. Mater.等30多个国际学术期刊审稿人；授权/受理中国发明专利20余项；主持国家自然科学基金、河南省重点研发专项、河南省高校科技创新人才计划、企业横向重大项目等10余项。指导多个学生团队先后获得中国国际大学生创新大赛金奖（2025）、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛国家二等奖(2023)等十余项国家级学科竞赛奖。曾获国家优秀自费留学生奖学金(驻美使馆)、河南省青年五四奖章（青年科技工作者）、中原英才计划—中原青年拔尖人才、河南省教育系统教学技能竞赛二等奖。

王世珩：2019年本科毕业于上海理工大学，博士师从宋延林研究员，目前在郑州大学从事博士后研究工作，荣获中原英才计划—中原青年拔尖人才（青年博士后）项目支持。研究方向聚焦有机-无机杂化半导体薄膜材料与器件研究。以第一作者及通讯作者身份在Adv. Mater.（2篇）、Angew. Chem. Int. Ed.（2篇）、Adv. Funct. Mater.、Nano Res.、J. Energy Chem.等学术刊物上发表研究论文。

郑州大学化学学院印刷光电器件研究所成立于2019年，研究所致力于印刷制备新型光电器件，立足化学与材料科学的深度融合交叉，开展以印刷功能材料与技术为核心的基础前沿和应用研究。学术带头人为中科院化学所宋延林研究员，研究所现有教师7人（教授2人，副研究员3人，助理研究员1人，博士后1人），在读博士/硕士研究生50余人。实验室面积500平方米，设有280平米万级和100平米千级超净室，拥有完成相关研究所需的材料合成、分析表征和性能测试的实验技术和设备。

近五年，在宋延林研究员指导下，已培养博士/硕士研究生50余人，多人荣获中国科协青年人才托举工程博士生计划、研究生国家奖学金和河南省优秀学位论文等荣誉，部分毕业生进入国内外知名高校深造或投身大型能源化学类国企及河南本土重点能源企业，从事技术研发与产业创新工作，就业领域涵盖：钙钛矿光伏、半导体材料、芯片制造、光电器件与新能源系统集成等。研究所鼓励在明确方向框架下开展自主探索与创新实践，持续提升研究生的批判性思维与原创研究能力，欢迎高分子材料、材料化学、物理化学、半导体物理、新能源材料、电子信息等相关专业背景的硕士生与博士生报考！