钙钛矿太阳能电池效率发展逐渐逼近理论极限,而效率快速发展离不开有效的铵阳离子的钝化。铵阳离子的钝化主要包括两种结构:分子钝化层和二维钙钛矿结构。这篇综述旨在厘清两种钝化模式,分析低维结构的形成条件及其在3D钙钛矿表面的电子特性,并探讨其对器件性能的影响。
1.常见的用于钝化的铵盐阳离子:
效率认证超过23%基本都采用铵盐分子或2D钙钛矿钝化。
2.铵盐钝化层的形成方式:
1)直接法:预制2D钙钛矿通过物理堆叠或选择性溶剂直接转移至三维3D钙钛矿表面,形成明确的2D/3D异质结构。
分子层覆盖:配体未与3D钙钛矿反应,形成非共形分子层; 非共形2D层:部分配体反应生成局部2D钙钛矿,覆盖不完整; 共形2D层:充分反应生成均匀连续的2D覆盖层,显著优化界面特性。
电荷匹配:1+电荷(Ruddlesden-Popper结构)或2+电荷(Dion-Jacobson结构); 空间位阻:铵基团周围位阻越小越易形成(顺序:RNH3+ > R2NH2+ > R3NH+ > R4N+); 链长限制:烷基链长度需≥3且≤18碳原子,环状结构需含3-6碳原子(避免超出钙钛矿MX6八面体宽度); 溶解性:需满足溶液加工需求; 氢键与反应性:氢键调控配体排列,溶液反应性影响配体选择。
配体浓度:高浓度(如>1 mg/ml)促进2D相生成(如TEACl研究);低浓度(如2 mM Cl-PEAI)仅形成表面分子层,无2D结构。
温度:退火(如100℃)可诱导表面PbI2与铵盐反应生成2D钙钛矿(如PEAI、CF3-PEAI);长时间退火(>1小时)可能导致2D层降解。
溶剂极性:高极性溶剂(如IPA)溶解部分3D钙钛矿,易形成准2D结构;非极性溶剂(如氯仿)需依赖表面PbI2存在,通过插层缓慢生成2D相。 3D钙钛矿组成影响:A位阳离子稳定性:Cs基钙钛矿抗配体渗透能力最强,MA基最弱(易被取代);CsPb(IxBr1-x)3需极高PEAI浓度才生成2D相,而CsPbI3在较低浓度下即可反应。
阴离子空间位阻:盐阴离子体积增大(如BF4⁻、甲苯磺酸根)抑制2D相形成,仅I⁻或Br⁻允许低维结构生成。
阳离子反应性:MA基钙钛矿:胺配体易使MA+去质子化,生成PbI2并形成Pb-碘胺复合物,促进2D相;FA基钙钛矿:胺直接与FA反应,可能生成非2D产物,抑制低维结构形成。
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