介紹

1,3-二氨基丙烷二氫碘酸鹽處理的鈣鈦礦薄膜表現(xiàn)出獨(dú)特的表面微壓應(yīng)變效應(yīng)，易溶于水和異丙醇等有機(jī)溶劑，具有吸濕性，需在陰涼避光、惰性氣體保護(hù)下儲(chǔ)存，受熱易分解。它是鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域的核心界面鈍化劑，可通過幾何適配的橋連式結(jié)構(gòu)同時(shí)中和表面帶電缺陷并引入微壓應(yīng)變，顯著降低陷阱密度、延長載流子壽命，使反式鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)換效率突破25%且穩(wěn)定性大幅提升，同時(shí)也可作為有機(jī)合成中間體和催化劑制備原料。

圖一 1,3-二氨基丙烷二氫碘酸鹽

鈣鈦礦晶格的應(yīng)變調(diào)控

通過原位掠入射廣角 X 射線散射（GIWAXS）表征發(fā)現(xiàn)，隨著 X 射線入射角度增大，1,3-二氨基丙烷二氫碘酸鹽處理薄膜的 (100) 晶面衍射峰向小角度輕微偏移，證實(shí)表面晶格常數(shù)略小于內(nèi)部晶格，形成了殘余壓應(yīng)力；而其他鈍化劑處理的薄膜衍射峰偏移趨勢與對(duì)照組一致，表明其無法消除表面拉應(yīng)力。進(jìn)一步的二維 GIWAXS 分析排除了鈍化分子形成界面層或低維鈣鈦礦的可能性，證明應(yīng)變調(diào)控源于分子與鈣鈦礦晶格的直接相互作用。

幾何適配的鈍化機(jī)制

1,3-二氨基丙烷二氫碘酸鹽的應(yīng)變調(diào)控能力源于其分子結(jié)構(gòu)與鈣鈦礦晶格的完美幾何匹配。X 射線光電子能譜（XPS）測試顯示，與僅相差一個(gè)亞甲基的 BDADI 相比，PDADI 處理后鈣鈦礦薄膜的 Pb 4f 特征峰向更高結(jié)合能偏移，N 1s 譜也證明 PDADI 與鈣鈦礦的結(jié)合作用更強(qiáng)。

1,3-二氨基丙烷二氫碘酸鹽兩端的銨離子間距與鈣鈦礦表面連續(xù)缺陷位點(diǎn)的距離高度契合，雙端銨基可同時(shí)結(jié)合相鄰的晶格空位，形成橋連式鈍化結(jié)構(gòu)。這種結(jié)合方式不僅中和了帶電缺陷，還通過分子的剛性骨架對(duì)表面晶格施加微壓應(yīng)力，抵消了制備過程中產(chǎn)生的拉應(yīng)力，抑制了晶格畸變引發(fā)的缺陷再生。而BDADI因碳鏈過長，兩端銨離子間距與晶格位點(diǎn)不匹配，無法形成有效的雙端結(jié)合，因此不具備應(yīng)變調(diào)控能力。

性能提升

1,3-二氨基丙烷二氫碘酸鹽的協(xié)同鈍化效應(yīng)大幅提升了反式鈣鈦礦電池的光電性能與穩(wěn)定性。最優(yōu)器件的最高 PCE 達(dá)到 24.56%，其中短路電流密度（JSC）為 26.21 mA?cm?2，開路電壓（VOC）為 1.164 V，填充因子（FF）高達(dá) 80.49%，相較于對(duì)照組（21.55%）實(shí)現(xiàn)了3個(gè)百分點(diǎn)的效率提升。PDADI處理后鈣鈦礦薄膜的陷阱密度從 2.55×101? m?3 降至 1.06×101? m?3，平均載流子壽命從221.20 ns延長至 590.75 ns，非輻射復(fù)合損失被顯著抑制。

1,3-二氨基丙烷二氫碘酸鹽鈍化器件的復(fù)合電阻大幅提高，電荷傳輸電阻略有降低，表明載流子的提取與傳輸效率得到同步改善。未封裝的 PDADI 鈍化器件在室溫存儲(chǔ) 2400 小時(shí)后仍保留 91.45% 的初始 PCE，遠(yuǎn)優(yōu)于對(duì)照組和 BDADI 處理器件。在最大功率點(diǎn)持續(xù)運(yùn)行 400 小時(shí)后，器件效率無明顯衰減，展現(xiàn)出優(yōu)異的長期工作穩(wěn)定性[1]。

圖二 用不同鈍化劑鈍化的鈣鈦礦薄膜表面結(jié)合位點(diǎn)的示意圖

參考文獻(xiàn)

[1]Kong Z ,Ding S ,Li X , et al.Lattice strain control mechanism of geometric adaptation passivation for efficient and stable perovskite solar cells.[J].Chemical communications (Cambridge, England),2025,DOI:10.1039/D5CC01378J.