西安交通大学陈波&杨冠军AM：基于脒基二维间隔阳离子提高钙钛矿太阳能电池的效率和高温光稳定性

来源：印刷钙钛矿光电器件发布时间：2025-05-26 15:54:51

二维/三维钙钛矿异质结是提升钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的一种有效途径。然而，传统的二维/三维异质结构采用铵基间隔阳离子，其高温光稳定性受到去质子化反应的严重限制，阻碍了其实际应用。鉴于此，西安交通大学陈波&杨冠军于期刊《Advanced Materials》发文，题为"Amidinium-based 2D Spacer Cations Enhance Efficiency and High-Temperature Photostability of Perovskite Solar Cells"。本研究引入了基于脒基的二维间隔阳离子作为替代方案，利用其较高的酸解离常数，在提供优异的缺陷钝化效果的同时，减轻去质子化引起的不稳定性。脒基钝化不仅有利于形成热稳定的二维/三维异质结构，还能抑制非辐射复合并增强载流子输运动力学。采用基于脒基体相和表面钝化的钙钛矿太阳能电池，二维/三维钙钛矿太阳能电池的光电转换效率达到了26.52%，并展现出优异的高温光稳定性，在85°C最大功率点连续照射1000小时后，仍能保持90.6%的初始效率。这项研究为在严苛条件下设计高性能、耐用的钙钛矿太阳能电池提供了宝贵的见解。

创新点：

新型甲脒基二维间隔阳离子的设计

提出以甲脒基(amidinium)取代传统铵基(ammonium)作为二维间隔阳离子，利用其更高的酸解离常数(pKa)，有效抑制高温下与三维钙钛矿中甲脒阳离子(FA⁺)的去质子化反应，解决了传统铵基材料在高温下的化学不稳定性问题。

二维/三维异质结的协同钝化机制

通过表面钝化(NAMI)与体相钝化(NAMI(B))的结合，构建了热稳定的二维/三维钙钛矿异质结。这种结构不仅减少了非辐射复合，提升了载流子传输效率，还通过均匀的n型掺杂优化了能带排列，显著提高了器件的开路电压(Voc)和填充因子(FF)。

创纪录的效率与高温稳定性

器件实现了26.52%的功率转换效率(PCE)，是目前报道的二维/三维钙钛矿太阳能电池的最高值。在85°C连续光照1000小时后，仍保持初始效率的90.6%，突破了传统铵基器件在高温下的快速衰减瓶颈。

未来与展望：

长期稳定性与实际环境适应性

需进一步验证甲脒基器件在湿热、光照循环等多重应力下的长期稳定性，探索其在实际户外环境(如高湿度、紫外线辐射)中的表现，为其商业化奠定基础。

新型间隔阳离子的探索与优化

可尝试设计其他高pKa值的有机阳离子(如吡啶衍生物或含硫化合物)，或开发混合阳离子策略，以平衡钝化效果、成膜性与热稳定性，推动钙钛矿材料性能的持续突破。