NREL重磅发现Joule：短链二胺“改造”钙钛矿表面，异质结构助力高效太阳能电池

在倒置钙钛矿太阳能电池领域，科研人员正通过分子处理大力开展"表面钝化"研究。传统观点认为钝化分子只是简单地结合在材料表面，但本研究发现短链二胺会选择性自发地与A位阳离子发生反应，生成环状分子，从而在表面形成低维晶体异质结构，而非单纯地表面附着。

这一发现强有力地证实了甲脒（FA+，作为多种钙钛矿的A位阳离子）具有高度反应活性。研究显示，在表面钝化过程中，乙二胺（EDA）等常见胺类会从钙钛矿表面提取甲脒阳离子（FA+），形成咪唑啉鎓（Imn+）等环状分子，从而将表层结构转变为与原始钙钛矿晶格对齐的ImnPbI3结构。

研究团队通过扫描电镜（SEM）图像清晰呈现了钙钛矿表面在异质结构形成过程中的演变轨迹：材料首先沿着特定晶面发生刻蚀，随后完成从FAPbI3到ImnPbI3的成分转变。这种具有高质量晶面特征的结构转变，对目前已报道的所有胺基分子钝化策略都具有重要启示意义。

研究还系统考察了不同钝化剂的作用效果，揭示了溶剂极性对表面转化的影响机制。采用该钝化策略优化的器件实现了超过25%的功率转换效率（PCE），为高效钙钛矿太阳能电池的表面化学研究提供了全新视角。

文章亮点

1. 化学反应而非简单钝化：短链二胺（如乙二胺，EDA）与钙钛矿表面的甲脒（FA⁺）发生化学反应，生成环状分子（如咪唑啉鎓，Imn⁺），并形成低维钙钛矿异质结构（ImnPbI₃），而非传统理解的表面吸附。

2. 溶剂极性调控反应：非极性溶剂（如氯苯）促进取向性异质结构的生长，而极性溶剂（如异丙醇）导致表面平滑但性能下降，揭示了溶剂选择对钝化效果的关键影响。

3. 高效器件性能：优化后的钝化策略使倒置钙钛矿太阳能电池的功率转换效率（PCE）突破25%，同时显著提升了器件的稳定性。

Duong Nguyen Minh, Md Azimul Haque, Fengjiu Yang, Steven P. Harvey, Ross A. Kerner, Chun-Sheng Jiang, Nikita S. Dutta, Steven Hayden, Margherita Taddei, Xinwen Zhang, Melissa A. Davis, Kelly Schutt, Joseph M. Luther,

The reactive nature of formamidinium: Amine passivation induces heterostructure formation in inverted perovskite cells,

Joule,2025,102055,ISSN 2542-4351,

https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102055.

(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435125002363)

学术交流QQ群

知光谷光伏器件学术QQ群：641345719

钙钛矿产教融合交流@知光谷（微信群）：需添加编辑微信

为加强科研合作，我们为海内外科研人员专门开通了钙钛矿科创合作专业科研交流微信群。加微信群方式：添加编辑微信pvalley2024，备注：姓名-单位-研究方向（无备注请恕不通过），由编辑审核后邀请入群。