南开大学AEM：熔融膦酰基烷酸驱动蒸发/刮涂法制备的1.68 eV宽带隙钙钛矿太阳能电池晶界钝化

由晶界缺陷引起的非辐射复合仍然是限制钙钛矿太阳能电池性能的关键挑战。

本工作南开大学Shuainan Liu和张晓丹等人提出了一种利用熔融态4-膦酰基丁酸在钙钛矿结晶过程中进行动态钝化的机制。与固态钝化剂不同，熔融态膦酰基烷酸分子能深入体相区域，到达其他方式无法触及的隐藏缺陷位点。在熔融状态下，膦酸基和羧基表现出高构象自由度，能够自发旋转并实现最佳空间取向，以匹配钙钛矿缺陷的原子排列。4-PBA中的丁烷链使其膦酸基和羧基之间形成了5.4-7.7 Å的理想间距，使其能够桥接相邻[PbI₆]⁴⁻八面体中的双缺陷，实现协同双位点钝化。

最终，采用这种体相掺杂策略并结合蒸发-刮涂混合法制备的1.68 eV宽带隙钙钛矿太阳能电池实现了22.53%的光电转换效率（认证值21.95%），并展现出随时间的微小效率衰减，证明了其卓越的运行稳定性。

研究亮点：

1. 首创熔融态分子动态钝化新机制：利用4-膦酰基丁酸在退火温度（150°C）下熔融的特性（熔点128.7°C），使其能够沿晶界液相扩散至体相深层，突破固态钝化剂仅能作用于表界的局限，实现全晶界范围的缺陷修复。

2. 碳链长度精准匹配实现协同双位点钝化：4-PBA的丁烷链长度使其膦酸基和羧基间距（5.4-7.7 Å）与相邻[PbI₆]⁴⁻八面体缺陷间距（~6.0-7.0 Å）完美匹配，DFT计算证实双基团共吸附结合能达-1.211 eV，远高于单一基团（-0.816 eV和-0.576 eV），实现1+1>2的协同钝化效果。

3. 高效率与优异稳定性：优化后1.68 eV宽带隙器件效率达22.53%（认证21.95%），在氮气中储存100天后仍保持94%初始效率，封装器件在空气中MPPT跟踪504小时后保持95%初始效率，展现出良好的规模化应用潜力。

Y. Gao, Y. Wang, Z. Liu, et al. “ Molten Phosphonoalkanoic Acid-Driven Grain Boundary Passivation in Evaporated/Blade-Coated 1.68-eV Perovskite Solar Cells.” Advanced Energy Materials (2026): e05854.

https://doi.org/10.1002/aenm.202505854

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