二維2D RP鈣鈦礦（通式A′?A???Pb?X????）因其結構可調、穩定性較好而受到廣泛關注。其中，有機間隔陽離子A′對晶體取向、相純度和薄膜形貌具有關鍵影響。近年來，雙間隔層策略（共同使用兩種有機陽離子）被證明能有效優化薄膜質量與電池性能，但其中芳香性間隔層（如PEA）的作用機制尚不明確。美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀通過無接觸式測試，監測各個工藝段中的異常，了解單節疊層鈣鈦礦電池的缺陷分布信息。

在二維2D RP鈣鈦礦體系中引入雙有機間隔層是提升薄膜質量與電池性能的有效策略。本研究通過在BA?MA?Pb?I??中部分引入苯乙銨（PEA）構建了BA???PEA?MA?Pb?I??雙間隔層體系。研究發現，當x=0.1（即10% PEA替代）時，薄膜結晶性顯著提升，太陽能電池效率提高約30%；而更高PEA含量則導致結晶度下降。機理研究表明，芳香性PEA陽離子因空間位阻效應優先富集于鈣鈦礦片層邊緣，并通過π-π堆疊連接相鄰晶粒，實現邊緣鈍化與生長調控。這一工作為芳香間隔層在二維鈣鈦礦中的功能機制提供了新見解。

PL強度（歸一化）基底含10% PEA、基底邊緣態及波長 λ (nm)

薄膜形貌與結晶性

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一個基本的矩形二維RP片層的邊緣表面（紅色）(a) 和基面（黃色）(b)，該片層由n層MAPbI?夾在兩個BA間隔層之間構成

雙間隔層鈣鈦礦薄膜的FESEM俯視圖圖像，PEA含量分別為0%、10%、50%和100%（a–d）。(e) ToF-SIMS深度剖面圖，顯示該系列薄膜中PEA陽離子在鈣鈦礦薄膜內的分布。(f) 二維鈣鈦礦薄膜的水接觸角測量值隨PEA含量的變化

(a) 雙間隔層薄膜系列的X射線衍射光譜。(b) 衍射峰（111）和（202）的峰高、峰高比 H? = H(202)/H(111) 以及半高寬隨PEA摩爾分數的變化函數

形貌改善：引入10% PEA后，薄膜表面裂縫顯著減少，變得更為致密。

結晶性提升：XRD顯示10% PEA薄膜的（202）晶面衍射峰強度提高近30%，表明結晶性增強。

取向變化：低PEA含量時薄膜呈垂直取向（Hr>1），高PEA含量時轉為水平取向（Hr<1）。

光學性質與相分布

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(a) 雙間隔層薄膜系列的UV-Vis光譜(b) 0% PEA薄膜的PL光譜及其擬合峰(c) 雙間隔層薄膜系列的發射光譜

UV-Vis吸收光譜表明，隨著PEA比例增加，薄膜中同時出現更多低n相（如n=1,2）和高n相（n>3），呈現多相分布特征。

光致發光PL光譜中，所有薄膜在~720–760 nm均出現邊緣態發射峰。10% PEA薄膜該峰顯著淬滅，說明PEA有效鈍化了晶體邊緣態。

低能量PL峰位置與PEA百分比的關系

光伏性能

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(a) 雙間隔層太陽能電池系列的J-V特性曲線(b) 雙間隔層太陽能電池系列的外量子效率光譜(c) 沉積在電荷傳輸層上的雙間隔層2D RP鈣鈦礦的時間PL衰減曲線

含0%、10%、50%和100% PEA的雙間隔層太陽能電池的J-V特性參數

在環境條件下制備的倒置結構太陽能電池中，10% PEA電池平均效率達11.85%，較原始電池（9.07%）提升約30%。

過量PEA（50%、100%）會導致填充因子下降，效率降低，主要歸因于界面載流子提取受阻。

機理證據

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(a, c) 原始（0% PEA）薄膜和 (b, d) 10% PEA薄膜在不同掠入射角下的GIWAXS圖像，分別對應表面、亞表面和體相的探測深度

(a-c) 100%、0%和10% PEA前驅體結晶頂部表殼的照片，黃色箭頭表示橫向生長方向。(d) 對應的XRD圖譜

GIWAXS：10% PEA薄膜在表面與亞表面區域衍射信號更強，出現低角度層狀衍射峰，表明結構有序度提升。

TUNA-AFM：10% PEA薄膜電流分布更均勻，說明邊緣缺陷與泄漏通道被有效抑制。

XPS：C-N結合能位移證實PEA存在于薄膜表面邊緣區域。

作用機制

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(a) 0% PEA和 (b) 10% PEA鈣鈦礦薄膜的示意圖。在10% PEA薄膜中，PEA陽離子積聚在邊緣表面，通過π-π相互作用促進相鄰晶粒之間的相互連接（放大視圖）

研究提出如下成膜機制：

在BA基2D鈣鈦礦中，BA主要位于基面，促進垂直生長但易產生裂縫。當引入少量PEA（10%）時：

邊緣優先吸附：PEA因分子體積較大，難以進入基面，而優先吸附于晶體邊緣表面。

π-π堆疊橋接：邊緣的PEA通過芳香環間的π-π相互作用連接相鄰晶粒，增強橫向連接。

邊緣鈍化：PEA覆蓋邊緣態，減少非輻射復合，同時約束晶粒生長方向，形成更有序的薄膜結構。

當PEA含量過高時，PEA亦開始進入基面，但其聚集傾向導致排列無序，結晶性下降，電池性能惡化。

本研究闡明，在雙間隔層2D RP鈣鈦礦中，少量PEA（~10%）可通過邊緣選擇性鈍化與π-π橋接作用，顯著提升薄膜結晶性與電池效率。該機制強調了芳香間隔層的空間分布調控對薄膜生長的重要性，為設計高性能二維鈣鈦礦光電電池提供了理論依據。

美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀

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大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀通過非接觸、高精度、實時反饋等特性，系統性解決了太陽能電池生產中的速度、良率、成本、工藝優化與穩定性等核心痛點，并且結合AI深度學習，實現全自動缺陷識別與工藝反饋。

PL高精度成像：采用線掃激光，成像精度＜75um/pix（成像精度可定制）

支持 16bit 顏色灰度：同時清晰呈現高亮區域（如無缺陷區）與低亮區域（如缺陷暗斑）

高速在線PL檢測缺陷：檢測速度≤2s，漏檢率；誤判率

AI缺陷識別分類訓練：實現全自動缺陷識別與工藝反饋

美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀采用無接觸式測試方式，可實時監測鈣鈦礦電池各工藝段中的薄膜質量異常，精準定位單結及疊層電池中的缺陷分布。

原文參考：Phenethylammonium-Induced Edge Passivation for Regulated Growth of Dual-Spacer Ruddlesden-Popper Perovskite Films

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