研究背景：
单结钙钛矿太阳能电池（PSCs）的最佳认证功率转换效率（PCE）在过去十年中迅速提高至26.7%，但运行稳定性差仍然是阻碍其进一步商业化的最大挑战之一。当受到外部刺激（如水分、氧气、光照和热量）的攻击时，钙钛矿会通过多种化学反应路径发生相分解，导致PSC的光伏性能逐渐恶化。特别是全无机混合卤化物钙钛矿在持续光照下会发生严重的卤化物偏析，从而影响器件的运行稳定性和寿命。
文章概述：
近日，山东科技大学段加龙&马林政&唐群委等人原创性地提出了利用分子电场抑制钙钛矿相分离的新方法，探明了持续光照下混卤全无机钙钛矿的相分离机制。将一种多功能柱状大环分子添加剂葫芦脲引入钙钛矿前驱体中，以增强结晶性并降低最终钙钛矿薄膜中的缺陷密度。基于理论计算和模拟，被氧原子包围的强双端负电荷腔的葫芦脲分子不仅与悬浮的Pb2+离子协调形成主客体络合，还在钙钛矿晶界诱导电偶极场，有效抑制碘离子从晶粒内向缺陷边界的迁移，显著抑制了卤化物偏析，提高了器件性能。因此，碳基全无机CsPbI2Br太阳能电池的效率提高到了15.59%，并且对环境压力具有很强的耐受性。这些发现为开发一种利用大环分子的新型钝化策略以制造高效稳定的钙钛矿太阳能电池提供了新的见解。
图文导读：
图1：a)分子结构和b)各种CB分子的ESP映射图像。c)表面和d)钙钛矿薄膜和相应器件的横截面扫描电镜图像。e)掺杂各种CB分子的钙钛矿薄膜的XRD图谱。f)由吸收光谱计算出的Eu。g-k)对照组和有不同CB分子的钙钛矿前驱体溶液的DLS光谱。插图显示了含有不同添加剂的钙钛矿前驱体溶液的丁达尔效应。l)对照组和CB改性钙钛矿薄膜的Pb 4f的XPS光谱。m)缺陷密度，n)PL光谱和o)各种钙钛矿薄膜的TRPL曲线。
图2：a)CB与钙钛矿晶格形成−超分子CB-[PbX6]4−的相互作用示意图。b)对照组和c)CB[7]钝化钙钛矿表面的电荷密度差和电子局部化函数。上图中的绿色和黄色区域分别代表电子的耗尽和积累。在下图中，绿色表示电子离域度，红色表示电子固定域度。d，e)钙钛矿态密度曲线。f)VI的生成能，g)对照组和CB[7]钝化的钙钛矿的离子迁移能。h)CB-钙钛矿系统的电势分布和电场分布。
图3：钙钛矿薄膜分别在a)600-700nm和b)540-580nm的波长窗口下，在阳光照射下超过120 min后的吸光度变化的演化。c)控制薄膜和CB处理薄膜的PL光谱随120 min以上光照时间的变化。d)钙钛矿薄膜光照后的PL峰值位置（比例尺为10 μm）和e) PL峰值位置分布直方图。
图4：a)控制和修改设备的统计PCE图。b)CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池的特征J-V曲线。c)相应的钙钛矿太阳能电池的EQE光谱。d)性能最佳的器件的J-V曲线。e)碳电极基CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池的光伏性能比较。f)Mott-Schottky曲线图，g)暗电流曲线，h) Nyquist曲线图，以及i)对照组和实验组的各种钙钛矿太阳能电池的VOC和光强度的关系。
图5：a)在25°C和CB[7]处理下，在40%湿度下，存储时间增加到600 min。b)钙钛矿薄膜表面的水接触角。c)在25°C和10% RH的环境条件下，d) 85°C和0% RH，以及e)在N2大气中持续光照射下，钙钛矿太阳能电池的归一化性能演化。
结论：
综上所述，该论文开发了一种静电和电化学晶笼化策略，通过在钙钛矿中加入柱状大环CB分子，同时提高器件的效率和耐久性。由于不协调的Pb2+和CB之间存在较强的主客体相互作用，缺陷密度显著降低，使冠军效率高达15.59%，这是碳基CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池的一个前沿值。CB的空腔在晶界处提供了一个对称的局域电场，从而阻碍了离子从晶粒内部向外部的迁移。因此，最终的设备能够承受来自环境的恶劣压力，如湿度、热量和光。总的来说，该工作为通过结合化学键合和物理场效应来设计一种新的钝化剂提供了一种新的可能性，以获得更好的光电性能。
论文信息：
Columnar Macrocyclic Molecule Tailored Grain Cage to Stabilize Inorganic Perovskite Solar Cells with Suppressed HalideSegregation
Naimin Liu, Jialong Duan*, Hui Li, Linzheng Ma*, Bo Wang, Jiabao Li, Xingxing Duan, Qiyao Guo, Jie Dou, Shengwei Geng, Ya Liu, Chenlong Zhang, Yueji Liu, Benlin He, Xiya Yang, Qunwei Tang*
Advanced Energy Materials
DOI: 10.1002/aenm.202402443
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