含氟添加剂因其独特的疏水性、有效的缺陷钝化和对结晶过程的调节能力，已成功应用于钙钛矿太阳电池，近年来取得了显著的进展。因此，有必要对含氟添加剂整个分子结构如何影响器件性能进行深入探讨，从而有针对性地进行此类添加剂的结构设计，以进一步提高钙钛矿太阳电池的性能。

我们以不同氟烷基链长(CH2CH(CF2)nCF3, n = 3,5,7)的氟烷基乙烯为液体添加剂，研究了氟烷基链长对结晶调控和缺陷钝化的影响。

本研究中，通过三种具有富电子C=C基团和不同氟烷基链长的含氟液体添加剂，研究氟基团数量对钙钛矿太阳电池性能的影响。结果表明，优化F基团的数量对调节添加剂分子内的电子云分布起着至关重要的作用，优化后添加剂分子与FA⁺和未配位的Pb²⁺形成强氢键和配位作用，最终提高了钙钛矿晶体质量和器件性能。具有最优F数目的1H,1H, 2h -全氟-1-己烯(PF₃)调制效果最好，基于PF₃的电池效率为24.05%，大大超过了对照组的21.8%。此外，即使在氮气环境下85°C老化1000小时后，未封装的W/PF₃器件仍保持了93%的初始效率，而对照组仅保持了约54%的初始效率。

图1 （a）改性钙钛矿中缺陷钝化示意图（以W/PF₃为例）。（b）PF₃、PF₅和PF₇的ESP光谱的计算结果。

图2 （a）FTIR光谱、（b-c）XPS（pb4f和I 3d）光谱、（d-g）FTIR光谱、（h）1H NMR光谱和（i）Control、W/PF₃、W/PF₅和W/PF₇钙钛矿膜的XRD图。

图3 Control、W/PF₃、W/PF₅和W/PF₇钙钛矿膜的（a）表面SEM图像，（b）AFM和（c）KPFM图像。

图4 （a）钙钛矿薄膜的Tauc图，（b）具有 ITO/SnO₂/Perovskite (control, W/PF₃, W/PF₅ and W/PF₇)/PCBM/Au结构器件的SCLC图，（c）具有ITO/PEDOT：PSS/Perovskite (control, W/PF₃, W/PF₅, and W/PF₇)/Spiro-MeOTAD/Au结构器件的SCLC图，（d）钙钛矿薄膜的稳态 PL 光谱以及电池器件的（e） TPV曲线和（f）TPC曲线。

图5 电池器件性能曲线。（a） J-V曲线，（b）光电转换效率（PCE）统计，（c）外量子效率（EQE）曲线，（d）开路电压（VOC）随光强变化曲线，（e）50%相对湿度环境中器件的长期稳定性，（f） N2环境中85°C下器件的热稳定性。

宋延林，中国科学院化学研究所研究员，绿色印刷重点实验室主任。主要从事光电功能材料、纳米材料与绿色印刷技术研究。作为首席科学家或项目负责人主持国家重点研发计划等项目30余项。已发表SCI 收录论文400余篇，引用27,000余次，H指数92。主持和参加编写英文专著14 部，中文专著2部；获授权中国发明专利130余项，美国、日本、欧盟、韩国等授权发明专利26项。2006年获国家杰出青年科学基金资助。获 2008年和2005 年国家自然科学二等奖，2016年北京市科学技术一等奖。先后获中国青年科技奖、中国科学院杰出青年、中国科协求是杰出青年成果转化奖、中国化学会-阿克苏诺贝尔化学奖、亚洲化学联合学会经济发展杰出贡献奖、国际电工标准组织IEC1906奖、毕昇印刷技术奖和中华印制大奖等。入选首批科技北京领军人才、万人计划、中青年科技创新领军人才、国家百千万人才工程及全国优秀科技工作者等。

张懿强，郑州大学化学学院教授，博士生导师。2012年博士毕业于美国西弗吉尼亚大学，2012年入职郑州大学，获郑州大学青年拔尖人才资助。国际材料研究协会会员、美国化学会（ACS）特邀审稿人。主要从事绿色印刷功能性薄膜材料与器件、有机-无机钙钛矿薄膜材料制备及结构性能表征、胶体半导体纳米晶合成及其光电器件应用等研究。发表了包括 Nano Energy，AngewandteChemie International Edition，Advanced Materials等在内的 100余篇 SCI 论文，授权/申请国家发明专利 13 项，主持国家自然科学青年基金等多个项目。

张沙沙，工学博士，郑州大学直聘教授，硕士生导师，郑州大学青年拔尖人才。主要从事纳米材料与器件、钙钛矿太阳电池材料与器件等方面的研究。目前已在Nature Communications、Advanced Energy Materials、AngewandteChemie International Edition，Advanced Functional Materials等国际知名期刊发表SCI论文近40篇，主持国家自然科学青年基金等多个项目。

Chen P, Bi X, Yan H, et al. Structure-regulated fluorine-containing additives to improve the performance of perovskite solar cells. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6554-0.