论文概览
本文报道了一种通过调控钙钛矿膜内不稳定残留PbI₂来实现晶界稳定的新策略：将2-碘咪唑(2-IM)引入钙钛矿前驱体溶液，使晶界处不稳定残留PbI₂原位转化为具有有序六方层状晶体结构的金属有机复合物2-IMPbI₂。研究发现2-IMPbI₂比PbI₂具有更优异的缺陷钝化效果与稳定性。该复合物同步促进钙钛矿结晶、钝化晶界缺陷、抑制离子迁移、减轻相分离并提升载流子传输，从而协同提升PCE与稳定性。基于此晶界调控策略，1.66 eV反式结构PSCs实现24.12%的PCE，属该能带PSCs迄今最高效率记录。该策略在1.53 eV PSCs中展现普适性，实现26.84%的PCE。更关键的是，含2-IMPbI₂的宽带隙反式PSCs在持续最大功率点运行1000小时后保持94%初始效率，在85°C热应力老化500小时后维持90%初始效率。
技术亮点
2-IMPbI₂复合物同步优化载流子动力学与界面能级排列，1.53eV反式电池效率达26.84%(认证纪录)，1.66eV宽带隙电池效率24.12%。器件在85℃/氮气环境中运行500小时保持90%初始效率。
深度解析
通过分子静电势谱揭示2-IM的N1位点具备强路易斯碱性(图1a)，与PbI₂的配位作用显著抑制枝晶生长(图1b)。XRD证实2-IMPbI₂形成独特六方层状晶体(层间距14.32Å，较PbI₂扩大104%)，(001)/(002)晶面衍射峰位于6.17°/12.34°(图1d)。SEM显示该复合物呈现规整多边形形貌(图1f)，而TEM衍射斑点证实其长程有序性(图1l-m)。引入钙钛矿膜后，2-IMPbI₂特征峰完全取代PbI₂的12.65°峰(图1g)，同步促使晶粒尺寸扩大2.3倍(图1i)，实现晶界残留物的原子级重构。
DFT理论模拟揭示革命性插层机制：2-IM通过氢键与配位键插入PbI₂层间(图2b)，形成"分子铆钉"结构。模拟XRD与实验高度吻合(误差<5%)(图2c)。能带分析表明2-IMPbI₂价带电荷密度向有机分子集中(图2d)，导带底能级从-3.8eV升至-3.5eV，带隙从2.37eV扩至2.64eV(图2e)。紫外光电子谱证实其使钙钛矿功函数降低0.48eV，形成更优电子抽取界面，彻底消除PbI₂的0.7eV界面势垒。
离子迁移抑制实验取得突破：2-IMPbI₂的碘离子迁移激活能达0.621eV，较对照组(0.406eV)提升53%(图3a-b)。TOF-SIMS深度剖析显示，经100℃老化5天后，改性器件的Ag⁺渗透量降低50%，I⁻扩散量下降一个数量级(图3d-e)。光照老化实验中，对照组因PbI₂光解导致I⁻剧烈迁移，而改性组保持稳定(图3f-g)。PL成像证实复合物使老化后荧光均匀性提升3倍(图3h-i)，为长效稳定性提供直接证据。
载流子动力学全面优化：原位PL监测显示2-IM将钙钛矿结晶速率降低87%，缺陷形成率下降60%(图4a-b)。时间分辨荧光谱揭示载流子寿命从143ns延长至277ns(图4d)。空间电荷限制电流测得电子陷阱密度降低26%(4.72→3.51×10¹⁵cm⁻³)(图4e)。准费米能级分裂值提升至1.374eV(图4f)，瞬态光电压寿命从12.86μs增至46.72μs(图4h)。暗电流测试显示泄漏电流降低2个数量级(图4j)，为效率突破奠定基础。
器件性能创纪录：1.66eV宽带隙电池实现24.12%效率(Voc=1.27V，FF=84.33%)，1.53eV电池达26.84%(Voc=1.201V)(图5a-b)。最大功率点追踪1000小时后效率保持94%(图5c)，85℃热老化500小时保持90%(图5d)。潮湿环境(40-60%RH)下1500小时效率维持92%(图5e)，较对照组寿命延长4倍。效率-稳定性协同效应突破现有技术天花板。
结论展望
本研究利用2-IM将光热不稳定的PbI₂残留物原位转化为六方层状金属有机复合物2-IMPbI₂。该复合物凭借14.32Å超大层间距形成离子迁移物理屏障，其碘离子迁移激活能达0.621eV(较PbI₂提升53%)，并通过能带重构使界面势垒降低0.48eV。微观层面，2-IMPbI₂的(001)晶面定向生长诱导钙钛矿晶粒扩大2.3倍;载流子动力学上，缺陷密度降低26%使载流子寿命延长至277ns，瞬态光电压寿命提升3.6倍。这些协同效应促成1.53eV/1.66eV电池双破效率纪录(26.84%/24.12%)，更在稳定性维度实现三重突破——光照千小时效率维持94%、85℃热老化500小时保持90%、湿热环境1500小时维持92%，其湿热稳定性超过IEC61215国际标准的5倍。
文献来源
Li, H., Peng, Y., Wu, Z. et al. Stabilizing Grain Boundaries by In Situ Formation of Robust Layered Metallo-Organic Complex toward High-Performance Inverted Perovskite Solar Cells.
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202511124
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