论文概览
针对宽带隙钙钛矿（WBG）在叠层电池中的相分离难题，苏州大学李耀文团队创新性提出选择性延迟结晶策略。该研究通过引入功能分子3-氨基-5-氟苯甲酰胺（AFBA），利用其氨基/酰胺基团与溴离子的特异性结合作用，选择性延缓溴化物结晶速率，实现厘米级钙钛矿薄膜的初始均匀相分布。该策略使钙钛矿/有机叠层太阳能电池（TSC）在1.004 cm²面积上实现25.21%的认证效率（Voc=2.142 V，FF=82.18%，Jsc=14.32 mA/cm²），并展现弱尺寸依赖性——从0.062 cm²到2.000 cm²器件的效率衰减仅2.84%。器件在持续光照下T90寿命突破1500小时，为当前报道最高值。该成果以"Selective Crystallization Delay in Wide‐Bandgap Perovskites Enables Initial Homogeneous Phase"为题发表于《Advanced Materials》。
技术亮点
溴离子选择性调控：AFBA的-NH₂基团电子云密度低，与Br⁻结合能（-0.98 eV）显著高于I⁻（-0.83 eV），特异性延迟溴化物结晶。
双维度均匀相分布：TOF-SIMS证实Br/I在横向与纵向分布均匀（偏差<1%），初始QFLS值达1.461 eV。
厘米级高效器件：1.004 cm²钙钛矿顶电池效率18.61%（接近S-Q极限），叠层电池效率25.21%。
原位监测技术：串联电致变色器件（ECD），通过颜色变化实时反映相分离导致的电压衰减。
研究意义
✅ 攻克相分离顽疾：解决光照下卤化物迁移导致的效率衰减，T90寿命提升3倍。
✅ 突破尺寸限制：2 cm²大面积器件效率仍达23.67%，为产业化铺平道路。
✅ 建立动态监测新方法：首创钙钛矿电池-ECD串联系统，可视化降解过程。
✅ 提供普适性策略：AFBA分子设计理念可拓展至其他混卤钙钛矿体系。
深度解读
图1展示了未处理的Cs0.2I1.6宽带隙钙钛矿薄膜初始相分布不均匀性及其在光老化后的相分离现象。通过PL映射和光谱分析，新鲜薄膜显示出672nm主峰和分裂发射峰的空间不均匀性，表明初始横向相分离；TOF-SIMS深度剖面和XPS证实了Br元素从顶部表面到底部的垂直梯度分布（47%到41%）。经过3000mW/cm²光照20分钟后，PL映射显示暗黄色区域显著扩大，760nm低能I相峰强度激增，统计图表证实I相比例从初始的15%增加到老化后的42%，揭示了初始相不均匀性会加速光诱导相分离的机制。
图2系统研究了AFBA分子调控钙钛矿结晶动力学的机制。ESP映射显示AFBA的-NH2和酰胺基团具有低电子云密度，1H NMR证实其与PbBr2的相互作用强于PbI2（化学位移差达4cm⁻¹），DFT计算显示AFBA与Br⁻的结合能（-0.98eV）显著高于I⁻（-0.833eV）。通过调控不同Br含量的钙钛矿体系，AFBA将Cs0.2I1.6的结晶时间从7.18s延长至10.62s，且对高Br组分延迟效应更显著（Br含量1.8时延长3.5倍）。TOF-SIMS证实AFBA处理后的薄膜Br元素纵向分布均匀（47±1%），示意图清晰展示了AFBA通过选择性延迟Br结晶实现初始相均匀化的机理。
图3对比了AFBA处理前后钙钛矿薄膜的光稳定性差异。AFBA-Cs0.2I1.6薄膜初始PL映射显示全区域672nm单一发射峰，强度分布均匀（CV<5%），经过3000mW/cm²强光老化20分钟后，PL峰位保持稳定（Δλ<2nm），强度波动小于8%，统计图表显示FWHM变化率仅为对照组的1/3。这种优异的相稳定性源于AFBA与钙钛矿晶格的持续相互作用（XPS证实老化后N-Pb键保留率>90%），以及离子迁移活化能从0.32eV提升至0.51eV（热刺激电流测试），有效抑制了光诱导卤素相分离。
图4展示了平方厘米级器件的光伏性能与均一性表征。AFBA处理使1.004cm²薄膜QFLS空间分布从对照组的1.415-1.452eV（均值1.440eV）提升至均匀的1.461±0.003eV，光老化后QFLS保持率高达99.2%。对应器件效率从17.11%提升至18.61%，FF从79.01%增至82.44%，接近SQ极限的91.59%。叠层电池在1.004cm²面积实现25.21%效率（认证25.01%），不同位置EQE光谱重叠度达98%，2cm²器件仍保持23.67%效率，展现出优异的尺寸不依赖性。SPO测试显示稳定输出效率24.96%，比对照组高12%绝对值。
图5通过电致发光和电致变色集成技术揭示了器件退化机制。初始状态下，对照和AFBA处理叠层电池的Voc分别为2.102V和2.142V，前电池贡献1.245V和1.350V。经过20分钟老化后，对照组前电池Voc下降8.4%，而AFBA组保持稳定。电致变色器件集成实验显示，对照组在持续光照下颜色坐标从(0.21,0.18)漂移至(0.26,0.22)，对应电压衰减15%，而AFBA组坐标变化ΔE<0.01，可视化验证了相均匀性对稳定性的关键作用。未封装器件在N₂环境中1500小时MPP追踪保持90%初始效率（T90=1500h），创造了平方厘米级钙钛矿/有机叠层电池的稳定性纪录。
结论展望
本研究通过分子设计实现结晶动力学精准调控，攻克了钙钛矿叠层电池的相分离与尺寸放大难题。25.21%的厘米级效率与1500小时稳定性标志着钙钛矿/有机叠层技术迈向产业化应用。未来通过分子库扩展与液相工艺优化，有望在平方米级组件中实现>20%效率，推动第三代光伏技术商业化进程。
文献来源
Zheng, J., Chen, W., Wang, Z. et al. Selective Crystallization Delay in Wide‐Bandgap Perovskites Enables Initial Homogeneous Phase. Adv. Mater. 2025, e10437.
DOI: 10.1002/adma.202510437
索比光伏网 https://news.solarbe.com/202508/6/50005512.html
