基于FA的3D鈣鈦礦太陽能電池（PSC）已得到廣泛研究，與基于MAPbI3的器件相比，它們顯示出減小的帶隙，增強的穩定性和改善的效率。然而，基于FA的隔離物很少用于二維Ruddlesden-Popper（RP）鈣鈦礦的研究，近日，南開大學劉永勝等人首次成功合成了基于FA的衍生物2-噻吩甲脒鹽 (ThFA)，并用作2D RP PSC的有機間隔物。
研究人員開發了一種前體有機鹽輔助晶體生長技術，制備了高質量的2D（ThFA）2（MA）n-1PbnI3n+1鈣鈦礦薄膜，該薄膜具有優先的垂直生長方向，高的載流子遷移率，和降低的陷阱密度。
倒置平面p-i-n結構的2D RP PSC的功率轉換效率（PCE）從7.23％顯著提高到16.72％，且滯后可以忽略不計。重要的是，優化的2D PSC在不封裝的情況下，在N2中存儲3000 h后，其穩定性顯著提高（少于1% degradation）。
Yixin Dong, et al. 2‐Thiopheneformamidinium‐Based 2D Ruddlesden–Popper Perovskite Solar Cells with Efficiency of 16.72% and Negligible Hysteresis. AEM 2020.
DOI:10.1002/aenm.202000694
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202000694
一周前，該團隊在JACS上報道了一種二價噻吩分子（2,5-噻吩二甲基銨）作為陽離子，應用在二維Dion–Jacobson型鈣鈦礦材料。
和傳統三維鈣鈦礦材料相比，二維鈣鈦礦材料目前在光伏材料中顯示出非常好的可調節性和較好的環境穩定性，制備了高質量的二維鈣鈦礦(ThDMA)MAn-1PbnI3n+1（n=5），制備的材料有較好的晶化程度、優化的生長方向、改善的載流子壽命。二維材料的制備過程通過一步方法在DMF/DMSO（9:1）混合溶液中實現，制備的電池效率達到了15.75 %，是目前二維鈣鈦礦中最好的效率。此外，未組裝的二維鈣鈦礦基電池在N2中儲存1655 h后仍然能保持95 %的電池效率。特別的，和三維結構鈣鈦礦相比，這種二維鈣鈦礦材料在80 ℃中的光穩定性和熱穩定性都明顯提高。這些結果說明，通過二價噻吩分子制備的二維鈣鈦礦太陽能電池具有較好且穩定的工作效率。2,5-噻吩二甲基銨合成。2,5-噻吩二甲醛在NaBH4中將醛基還原為羥基，隨后在DBU中催化中和二苯基磷酸疊氮基（DPPA）反應，將羥基轉化為N3基團。在PPh3催化作用中將N3轉化為NH2。隨后通過Boc2O對NH2進行保護，隨后和HI反應轉化為胺基碘化物。制備了結構為ITO/PEDOT: PSS/perovskite/PCBM/BCP/Ag的太陽能電池。優化后的電池中開路電壓達到1.07 V，電流密度達到19.55 mA cm-2，填充因子達到75.46 %。對比電池的效率為6.11 %，開路電壓為1.00 V，電流密度為9.83 mA cm-2，填充因子為62.01 %。
Di Lu, Guangwei Lv, Zhiyuan Xu, Yixin Dong, Xiaofei Ji, and Yongsheng Liu*，Thiophene-based Two-Dimensional Dion–Jacobson Perovskite Solar Cells with over 15% Efficiency, J. Am. Chem. Soc. 2020https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c03363
