论文概览
锡基钙钛矿薄膜通常表现出随机的晶体取向，从而导致大量缺陷堆积形成电荷复合中心并严重限制了器件性能。同时无序的二维(2D)钙钛矿通过外延生长机制显著影响后续三维(3D)钙钛矿晶体的生长，其大体积间隔阳离子的本征绝缘性质又阻碍了面外方向的电荷传输。鉴于此，南昌大学陈义旺团队于Angew. Chem. Int. Ed.刊发题为“Controlled Crystallization Kinetics via Conjugated Organic Spacers Enables Ordered Epitaxial Growth of Two-Step Deposited Tin-based Perovskite Solar Cells”的研究成果，创新性地开发了一种简便的外延生长策略，通过引入具有增强π共轭相互作用的2-(萘-2-基)乙胺氢碘酸盐(NEAI)，构建了控制取向的二维钙钛矿，并以此为模板促进了以(100)晶面为主导的三维钙钛矿生长。此外，这种方法调控了三维钙钛矿结晶路线并优化了载流子传输，同时赋予器件强大的耐热性能和增强的长期稳定性。基于NEAI制备的两步法沉积锡基钙钛矿光伏器件效率达到14.03% (0.04 cm²)和12.44% (1 cm²)。
亮点解析
NEAI促进二维钙钛矿模板：
NEAI分子间更强的π-π共轭堆积积有利于形成规整的二维钙钛矿模板，并逐步转化为三维FASnI₃。GIXRD证实NEAI实现全层均匀二维模板，而PEAI仅作用于表面。三维钙钛矿显示NEAI改性样品具有最强的(100)晶面衍射强度。DFT计算揭示(100)晶面各类缺陷形成能最高，因此促进(100)晶面的择优生长有利于降低钙钛矿薄膜的缺陷态密度。
结晶动力学调整：
原位UV-Vis显示NEAI使结晶起始时间延迟，并延长整体结晶窗口时间。原位GIXRD捕捉到关键中间相NEA₂FASn₂I₇(5.2°)的存在，证实对结晶路线的有效调控，而NEA₂FASn₂I₇向最终FASnI3转变能垒高于NEA₂FASn₂I₇(2.53 eV vs2.36 eV)，导致延缓的结晶过程。深度GIXRD应力分析表明NEAI薄膜晶格畸变减小，归因于缓慢结晶释放应变。
NEAI处理钙钛矿薄膜表现：
DFT计算揭示NEAI使(100)晶面表面能显著降低，从而减少外部因素对活性表面的入侵进而提升钙钛矿薄膜稳定性。GIWAXS图显示NEAI样品在(100)晶面散射环中出现强度凸出的布拉格斑点(q=1.0 Å⁻¹)，证实(100)晶面沿面外方向的高度有序排列。表面SEM图片展现NEAI处理薄膜减少的晶界分布及消除的针孔，证实结晶质量的提升。UPS及KPFM阐明对能级排列的优化，促进了空穴的有效提取。
缺陷抑制与均一性提升：
XPS显示不利Sn⁴⁺含量从26.2%降至7.99%。SCLC估算的缺陷态密度显著降低到9.27×10¹⁵ cm⁻³(对照组1.75×10¹⁶ cm⁻³)。制备大面积薄膜测试显示不同位置PL强度偏差<5%，且强度显著提升，证实NEAI处理的钙钛矿薄膜的良好的均匀性及对缺陷态的有效抑制。
两步法沉积锡基钙钛矿电池性能表现：
NEAI改性器件实现Voc= 0.948 V，Jsc= 20.64 mA/cm²，FF= 71.71%，效率14.03%(0.04 cm²)。1 cm²组件效率达12.44%，为目前两步法制备锡基钙钛矿电池器件最高值。85℃老化200小时后保持95%效率，氮气环境储存3000小时效率后仍保持94.7%初始效率。
结论展望
本研究通过引入强π-共轭特性的2-(萘-2-基)乙胺氢碘酸盐(NEAI)构建二维模板诱导钙钛矿晶体外延生长，并调控结晶路线延缓了结晶时间，促进了有利(100)晶面的择优定向生长，有效解决了两步法沉积锡基钙钛矿的晶向无序难题。该工作为锡基钙钛矿太阳能电池的工业化发展的道路提供参考和指导。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202513416
声明：仅用于学术分享，如有侵权，请联系删除。
索比光伏网 https://news.solarbe.com/202508/1/50005258.html
