张晓丹&丁毅：23.03%效率双分子钝化赋能反式钙钛矿电池高效稳定|丁毅(剧作家)|双分子|张晓丹|钛矿|阳离子

主要内容

钙钛矿太阳能电池（PSCs）的钙钛矿-电子传输层（ETL）界面存在高密度缺陷，仍是制约其性能进一步提升的关键瓶颈。传统钝化策略多采用单一的大体积铵阳离子作为钝化剂，这类钝化剂在钝化表面缺陷的同时，往往会诱导二维（2D）钙钛矿相形成，进而阻碍光生载流子的高效传输与提取。针对这一核心问题，南开大学丁毅和张晓丹带领其团队开展专项研究，提出了一种高效的双分子钝化策略——通过精准优化正丁基铵溴化物（n-BABr）与苯乙胺碘化物（PEAI）的配比实现表面协同钝化，成功形成稳定且致密的钝化单分子层，将缺陷密度从1.027×10¹⁶cm⁻³显著降至4.073×10¹⁵cm⁻³。

该策略的核心优势在于：

一方面，钝化剂间的空间位阻竞争效应可有效抑制二维钙钛矿的生成，避免传统单一钝化剂易引发的低维相变问题；

另一方面，通过优化钙钛矿与电子传输层之间的能级排列，消除了电子提取势垒，同步提升了异质结处的载流子提取与收集效率。值得注意的是，尽管PEAI和n-BABr单独使用时均能实现一定钝化效果，但表面易形成的二维钙钛矿相会阻碍光生载流子传输，而团队提出的协同策略通过引发位点竞争性占据，在抑制低维相变的同时大幅降低缺陷密度，实现了1+1>2的钝化效果。

最终，采用该双分子钝化策略的器件，光电转换效率从20.15%大幅提升至23.03%；未封装器件在储存1000小时后仍保留95.4%的初始效率，显著超越传统PEAI钝化器件91.4%的稳定性基准。

此外，该研究虽主要聚焦于甲脒-铯（FA-Cs）基钙钛矿体系，但所提出的双分子钝化策略有望具备跨体系普适性。其核心作用机制包括通过空间位阻竞争抑制低维相形成、借助互补官能团（如溴离子与铵基）实现缺陷钝化——这些机制并非FA-Cs钙钛矿所独有，而是普遍适用于甲脒铅碘（MAPbI₃）或混合阳离子钙钛矿等主流钙钛矿体系，因为它们具有相似的表面缺陷类型（如铅离子空位与碘离子空位）。此前的研究也已证实，PEAI或BABr单独使用时已在多种钙钛矿组分中得到成功应用。不过，针对不同钙钛矿配方，需根据其结晶动力学与表面能的差异，针对性调整两种分子的最优配比及加工条件。

丁毅和张晓丹团队的这项研究，不仅提出了可有效抑制二维钙钛矿相生长的新型界面钝化方法，为钙钛矿异质界面优化提供了极具前景的技术途径，更有力推动了高效、稳定钙钛矿太阳能电池的制备与产业化进程。