表面鈍化處理能夠快速提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能，但是目前的表面鈍化技術(shù)使用的銨配體在受到光和熱的情況下容易發(fā)生脫質(zhì)子。有鑒于此，西北大學(xué)/多倫多大學(xué)Edward H. Sargent、西北大學(xué)Mercouri G. Kanatzidis、Bin Chen等報(bào)道一系列脒（amidinium）配體分子，通過(guò)增強(qiáng)的N-H化學(xué)鍵促進(jìn)脫質(zhì)子問(wèn)題，改善鈍化的鈣鈦礦表面層的熱穩(wěn)定性。對(duì)配體脫質(zhì)子的脫質(zhì)子平衡提高>10倍，在85℃空氣氣氛光照過(guò)程中，熒光量子效率提高2倍。通過(guò)這種方法開(kāi)發(fā)了認(rèn)證功率達(dá)到26.3%的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。在85℃最大功率點(diǎn)運(yùn)行1100h后，太陽(yáng)能電池的效率仍達(dá)到≥90%。理論計(jì)算穩(wěn)定性。使用DFT理論計(jì)算研究脒化（amidination）對(duì)于銨分子脫質(zhì)子化的影響。常用的場(chǎng)效應(yīng)鈍化劑或者化學(xué)鈍化劑，比如丙烷-1,3-二銨碘鹽（PDAI2）、丁基碘化銨（BAI）、3-(甲硫基)丙基碘化銨（3MTPAI）、4-氟芐基碘化銨（4FBAI）在修飾脒之后，N-H化學(xué)鍵的解離能分別提高13%、18%、29%、23%。實(shí)驗(yàn)測(cè)試穩(wěn)定性。通過(guò)滴定法研究配體脫質(zhì)子化，得到酸解離常數(shù)（pKa），發(fā)現(xiàn)脒化后的分子比銨分子的pKa至少提高10%，對(duì)應(yīng)于脫質(zhì)子常數(shù)pKa降低>90%，驗(yàn)證了脒化能夠阻礙脫質(zhì)子化。實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，PDII2（丙二脒氫碘鹽）和4FBII（4-氟苯脒氫碘鹽）在FTO/自組裝單層/鈣鈦礦/鈍化層/C60/SnOx/Cu結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池得到優(yōu)異的界面鈍化效果。使用質(zhì)譜（MS）和熱重（TGA）組合的體系研究加熱脒配體分子的揮發(fā)性物質(zhì)，研究脫質(zhì)子情況，結(jié)果驗(yàn)證脒化能夠抑制配體分子的脫質(zhì)子化。
金屬載體相互作用本質(zhì)
通過(guò)旋涂法，將配體分子的異丙醇溶液旋涂到鈣鈦礦薄膜，SEM表明異丙醇沖刷導(dǎo)致表面階梯消失，XRD表征發(fā)現(xiàn)鈍化處理導(dǎo)致低維鈣鈦礦物種消失。在85℃高溫加速老化、1個(gè)太陽(yáng)光照射、50% RH濕度環(huán)境處理2h的方式處理表面鈍化鈣鈦礦薄膜，研究鈍化的效果。XPS測(cè)試深度分析，發(fā)現(xiàn)不含脒官能團(tuán)的PDAI2在老化處理后，鈍化分子的銨基損失嚴(yán)重。但是含脒的鈍化配體分子的XPS基本上沒(méi)有變化，與含脒配體導(dǎo)致鈣鈦礦薄膜鈍化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。通過(guò)ToF-SIMS（飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜）表征進(jìn)一步驗(yàn)證了老化過(guò)程種的銨配體分解，但是由于脒具有更好的耐脫質(zhì)子性質(zhì)，因此PDII2（丙二脒氫碘鹽）和4FBII（4-氟苯脒氫碘鹽）的信號(hào)保留93%和80%。
雙分子脒鈍化
雙分子鈍化策略通過(guò)提供場(chǎng)效應(yīng)和化學(xué)鈍化作用能夠排斥空穴載流子，而且能夠與缺陷位點(diǎn)產(chǎn)生化學(xué)鍵，因此改善鈣鈦礦電子傳輸層的載流子復(fù)合。因此，開(kāi)發(fā)了脒的雙分子鈍化方法。使用UPS（紫外光電子能譜）研究脒分子和脒鈍化鈣鈦礦的功能。測(cè)試導(dǎo)帶底和Fermi能級(jí)之間的差值，用于研究鈣鈦礦表面附近的導(dǎo)帶電子密度。測(cè)試結(jié)果表明，與未做任何處理或有機(jī)銨配體4FBII的鈣鈦礦相比，PDII2處理的電子濃度分別提高5×1010cm-3和8×10-3cm-3，驗(yàn)證了PDII具有場(chǎng)鈍化效應(yīng)。進(jìn)一步的，當(dāng)使用雙分子脒（PDII2和4FBII）處理鈣鈦礦薄膜，電子濃度達(dá)到5.2×1014cm-3，表現(xiàn)為n型摻雜，效果與PDAI2/3MTPAI雙分子銨處理結(jié)果類似。通過(guò)時(shí)間分辨熒光光譜和熒光量子產(chǎn)率表征技術(shù)，驗(yàn)證雙分子脒對(duì)表面和界面復(fù)合的抑制功能。 驗(yàn)證雙分子脒改善反式鈣鈦礦的性能。使用PDII2/4FBII雙分子脒處理的反式鈣鈦礦的效率達(dá)到25.9%，比對(duì)比器件性能更高（23.7%）。超過(guò)了使用PDAI2/3MTPAI雙分子銨處理的反式鈣鈦礦器件效率(最高為25.4%)。PDII2/4FBII雙分子脒處理的面積為0.05cm2鈣鈦礦電池器件的效率最高能夠達(dá)到26.7%，短路電流密度達(dá)到26.5mA cm-2，Voc達(dá)到1.18V，填充因子達(dá)到85.5%。大面積（1.04cm2）太陽(yáng)能電池的效率達(dá)到25%。經(jīng)過(guò)認(rèn)證的PDII2/4FBII雙分子脒處理的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率為26.3%。穩(wěn)定性測(cè)試。使用ISOS-L-3標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試封裝太陽(yáng)能電池器件的穩(wěn)定性，測(cè)試結(jié)果表明T90壽命為1130h，對(duì)比有機(jī)銨處理的PDAI2/3MTPAI鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在相同情況效率損失35%。這個(gè)穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果表明雙分子脒處理的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件實(shí)現(xiàn)了改善電池效率和穩(wěn)定性的結(jié)合。 Yi Yang et al. ,Amidination of ligands for chemical and field-effect passivation stabilizes perovskite solar cells. Science 386,898-902(2024)DOI: 10.1126/science.adr2091https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr2091
