【文章信息】
PFPA 双功能锚定调控钙钛矿成核与结晶，抑制 δ 相提升太阳能电池效率与稳定性
第一作者：龚程
通讯作者：张聪*，李海云*，张鸿*，许梁*
单位：江西理工大学，河南理工大学，复旦大学
【研究背景】
α-甲脒铅碘（α-FAPbI3）钙钛矿因窄带隙（1.48 eV）、高热稳定性，成为高效钙钛矿太阳能电池（PSCs）的核心候选材料。然而，溶液法制备过程中，α-FAPbI3成核势垒高且FA+阳离子体积大，易形成光学惰性的α-FAPbI3杂质相（带隙 2.43 eV），不仅加速非辐射电子 - 空穴复合，还会降低晶体质量与器件稳定性，成为PSCs性能提升的关键瓶颈。现有通过路易斯酸碱配位调控结晶的策略中，功能配体多仅与FAI发生化学作用，无法有效钝化钙钛矿体相缺陷；且当体系含MABr/MACl 等组分时，结晶过程更难控制，器件稳定性进一步下降。因此，开发能同步调控结晶动力学、抑制杂质相且钝化缺陷的新策略，对推动α-FAPbI3基 PSCs实用化至关重要。
【文章简介】
近日，河南理工大学张聪教授、复旦大学李海云教授/张鸿教授、江西理工大学许梁教授团队合作，在国际顶刊《Nano Letters》上发表题为“Bifunctional Ligand Anchoring Modulates Colloidal Nucleation and Intermediate-Phase Crystallization for δ-Phase-Suppressed High-Efficiency Perovskite Solar Cells”的研究论文。
该研究创新性引入3-（五氟苯基）丙酸（PFPA）作为双功能配体，通过其氟苯环与I-的阴离子-π作用、羰基（C=O）与Pb2+的配位作用，调控无MA、纯碘体系钙钛矿前驱体的胶体行为与结晶过程，成功抑制α-FAPbI3杂质相生成，制备出高相纯度、低缺陷密度的α-FAPbI3钙钛矿薄膜，最终实现效率与稳定性双突破。
【文章要点】
要点一：PFPA 的双功能作用机制，精准锚定钙钛矿组分
PFPA分子同时具备电子受体（氟苯环）与电子供体（羰基）基团：氟苯环含5个强吸电子氟原子，形成缺电子环境，与FAI中的I-发生阴离子-π相互作用；羰基（C=O）的孤对电子与PbI2中的Pb2+形成强配位键；
要点二：调控前驱体胶体与溶剂蒸发，降低成核势垒
未加PFPA时，钙钛矿前驱体胶体尺寸仅0.1-1 nm（平均 0.27 nm）；加入PFPA后，胶体尺寸增至350-450 nm（平均 384 nm），且分布更均一（对比PFCl、HFB的宽分布胶体）;PFPA与Pb2+的配位作用削弱DMSO与PbI2的结合，加速溶剂蒸发，减少溶剂配位杂质生成，同时降低晶体成核势垒，促进细小钙钛矿晶粒均匀生长。
要点三：抑制δ相杂质，提升薄膜质量与电荷输运性能
原位UV-vis、PL、XRD表征显示：PFPA 延迟结晶动力学（目标膜结晶时间 9.54 s vs 对照膜 4.02 s），抑制无序中间相生成，20 s内完全消除δ-FAPbI3相；改性薄膜晶粒尺寸从380.4 nm增至619.2 nm，缺陷密度从1.38×10¹⁵ cm-3降至6.08×10¹⁴ cm-3，载流子寿命从197.94 ns 延长至 673.94 ns，电荷迁移率提升至30.51 cm2 V-1 s-1，显著减少非辐射复合。
要点四：器件效率与稳定性双突破
小面积（0.09 cm2）器件最高功率转换效率（PCE）达26.41%，1 cm2 大面积器件 PCE达24.38%，且无明显滞后现象；稳定性测试：未封装器件在 AM1.5G 光照下连续MPPT测试1500 h，效率保持率> 90%；封装器件在85℃、85%相对湿度（RH）湿热条件下老化1300 h，效率保持率> 85%，远超对照器件（1500 h MPPT 保持率 70%，1300 h 湿热保持率 < 65%）
【文章链接】
Bifunctional Ligand Anchoring Modulates Colloidal Nucleation and Intermediate-Phase Crystallization for δ-Phase-Suppressed High-Efficiency Perovskite Solar Cells
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c04217
参考消息来源：江西理工大学
