2-ThEAI（CAS 號(hào)：2414055-94-8）的全稱為2 - 噻吩乙基碘化銨（2-Thiopheneethylammonium iodide），是一種含噻吩基的有機(jī)銨鹽，其分子結(jié)構(gòu)為噻吩環(huán)通過乙基鏈連接碘化銨基團(tuán)（C?H??INS）。作為一種高效的界面工程材料，它在鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）及光電器件領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。
一、化學(xué)定義與結(jié)構(gòu)特征
1. 分子結(jié)構(gòu)與組成
- 噻吩基核心：噻吩環(huán)（五元含硫芳香環(huán)）賦予分子 π-π 共軛能力和電子離域特性，增強(qiáng)其與鈣鈦礦表面的相互作用。
- 乙基鏈連接：噻吩環(huán)通過乙基鏈（-CH?CH?-）與碘化銨基團(tuán)（NH??I?）相連，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平衡了分子的疏水性和反應(yīng)活性。
- 離子特性：碘化銨基團(tuán)提供正電荷，可與鈣鈦礦表面的碘空位（I?）形成靜電作用，同時(shí)硫原子（S）可通過配位鍵與鉛空位（Pb2?）結(jié)合，實(shí)現(xiàn)雙位點(diǎn)鈍化。
2. 物理化學(xué)性質(zhì)
- 溶解性：易溶于 N,N - 二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亞砜（DMSO）等極性溶劑，適合溶液旋涂或浸涂工藝。
- 熱穩(wěn)定性：噻吩環(huán)的芳香結(jié)構(gòu)賦予其較高的熱穩(wěn)定性，在鈣鈦礦常用的退火溫度（≤150°C）下表現(xiàn)穩(wěn)定，適用于高溫處理工藝。
二、在鈣鈦礦器件中的核心應(yīng)用特征
1. 界面缺陷鈍化機(jī)制
- 雙位點(diǎn)協(xié)同鈍化：
- 硫原子配位：噻吩環(huán)上的硫原子通過孤對(duì)電子與鈣鈦礦表面的鉛空位（Pb2?）形成強(qiáng)配位鍵，減少深能級(jí)缺陷。
- 銨基靜電作用：碘化銨基團(tuán)與碘空位（I?）通過靜電作用結(jié)合，修復(fù)表面電荷失衡。
- 抑制非輻射復(fù)合：在 2D/3D 鈣鈦礦器件中，2-ThEAI 處理后器件的光致發(fā)光（PL）壽命從 30.29 ns 延長(zhǎng)至 110.60 ns，顯著降低缺陷態(tài)密度。
2. 器件性能提升
- 效率突破：在倒置 PSCs 中，2-ThEAI 處理的 Cs?.??MA?.??FA?.?PbI?器件光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）從 19.9% 提升至 23.5%，開路電壓（V?C）增加至 1.12 V，填充因子（FF）提升至 73.8%。
- 穩(wěn)定性強(qiáng)化：經(jīng) 2-ThEAI 鈍化的器件在 85% 相對(duì)濕度下儲(chǔ)存 2000 小時(shí)后，仍保持初始效率的 90% 以上；在 85°C 高溫下，器件的 T??壽命（效率降至初始值 80% 的時(shí)間）超過 1200 小時(shí)，是未處理器件的 4 倍。
3. 2D/3D 鈣鈦礦界面調(diào)控
- 抑制相分離：噻吩基的空間位阻效應(yīng)（STERI 指數(shù) 2.15）可阻止長(zhǎng)鏈銨配體（如 PEA）滲透至鈣鈦礦體相，抑制 2D 相生成和結(jié)構(gòu)降解。
- 增強(qiáng)界面粘附性：噻吩環(huán)與鈣鈦礦表面的 π-π 堆積作用可增強(qiáng)界面粘附力，減少層間剝離風(fēng)險(xiǎn)，適用于大面積器件制備。
三、與其他鈍化劑的差異化優(yōu)勢(shì)
1. 對(duì)比傳統(tǒng)銨鹽鈍化劑
- 分子設(shè)計(jì)優(yōu)化：相較于無芳香環(huán)的乙基碘化銨（EAI），2-ThEAI 的噻吩環(huán)顯著提升了分子的共軛性和熱穩(wěn)定性，在高溫退火過程中表現(xiàn)更優(yōu)。
- 鈍化能力增強(qiáng)：硫原子的配位作用使其對(duì)鉛空位的修復(fù)效率比常規(guī)銨鹽（如 FAI）高 30% 以上，且能同時(shí)鈍化碘空位，實(shí)現(xiàn)雙缺陷位點(diǎn)修復(fù)。
2. 對(duì)比含氟鈍化劑（如 345FAn）
- 疏水性平衡：2-ThEAI 的噻吩基疏水性適中，既避免了氟代鈍化劑的過度疏水導(dǎo)致的成膜不均勻問題，又能有效阻擋水汽滲透，在高濕度環(huán)境下表現(xiàn)更穩(wěn)定。
- 能帶匹配優(yōu)勢(shì)：噻吩基的功函數(shù)（約 4.8 eV）更接近鈣鈦礦的價(jià)帶頂，可優(yōu)化空穴傳輸層（如 Spiro-OMeTAD）與鈣鈦礦的能級(jí)匹配，減少界面電荷積累。
四、技術(shù)挑戰(zhàn)與未來研究方向
1. 合成工藝優(yōu)化
- 產(chǎn)率提升：當(dāng)前 2-ThEAI 的合成需通過噻吩乙醇與氫碘酸的取代反應(yīng)，產(chǎn)率約 60%。需開發(fā)更經(jīng)濟(jì)的路線（如催化加氫或電化學(xué)合成）以降低成本。
- 雜質(zhì)控制：噻吩環(huán)的硫原子易氧化，需優(yōu)化純化工藝以減少副產(chǎn)物（如噻吩磺酸）對(duì)器件性能的影響。
2. 大面積制備兼容性
- 溶液工藝優(yōu)化：在卷對(duì)卷（R2R）涂布中，需調(diào)節(jié) 2-ThEAI 溶液的表面張力（通過添加表面活性劑）和干燥動(dòng)力學(xué)，確保鈍化層均勻性。
- 界面擴(kuò)散控制：噻吩基的疏水性可能導(dǎo)致其在鈣鈦礦表面的擴(kuò)散速率較慢，需探索超聲輔助或電場(chǎng)誘導(dǎo)沉積技術(shù)以加速界面反應(yīng)。
3. 長(zhǎng)期環(huán)境耐久性驗(yàn)證
- 紫外輻射穩(wěn)定性：噻吩環(huán)在紫外光下可能發(fā)生光氧化，需通過分子修飾（如引入甲基取代基）或復(fù)合封裝（如 SiO?/ 聚合物雙層膜）提升抗紫外性能。
- 機(jī)械應(yīng)力耐受性：在柔性器件中，需研究 2-ThEAI 對(duì)鈣鈦礦薄膜機(jī)械韌性的影響，避免彎曲過程中界面開裂。
2-ThEAI 憑借其獨(dú)特的噻吩基 - 乙基 - 碘化銨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在鈣鈦礦器件中實(shí)現(xiàn)了高效界面鈍化與穩(wěn)定性提升的雙重突破。其硫原子配位、π-π 堆積和靜電作用的協(xié)同機(jī)制，使其在抑制缺陷、優(yōu)化能級(jí)匹配和增強(qiáng)環(huán)境耐受性方面表現(xiàn)優(yōu)異。盡管在合成成本和大面積制備工藝上仍需改進(jìn)，2-ThEAI 已成為鈣鈦礦界面工程領(lǐng)域極具潛力的候選材料。隨著鈣鈦礦技術(shù)向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)，2-ThEAI 有望在疊層電池、光電探測(cè)器等領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，推動(dòng)下一代光電子技術(shù)的發(fā)展。
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