二維2D RP鈣鈦礦（通式A′?A???Pb?X????）因其結(jié)構(gòu)可調(diào)、穩(wěn)定性較好而受到廣泛關(guān)注。其中，有機(jī)間隔陽(yáng)離子A′對(duì)晶體取向、相純度和薄膜形貌具有關(guān)鍵影響。近年來(lái)，雙間隔層策略（共同使用兩種有機(jī)陽(yáng)離子）被證明能有效優(yōu)化薄膜質(zhì)量與電池性能，但其中芳香性間隔層（如PEA）的作用機(jī)制尚不明確。美能大平臺(tái)鈣鈦礦電池PL測(cè)試儀通過(guò)無(wú)接觸式測(cè)試，監(jiān)測(cè)各個(gè)工藝段中的異常，了解單節(jié)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(jī)間隔層是提升薄膜質(zhì)量與電池性能的有效策略。本研究通過(guò)在BA?MA?Pb?I??中部分引入苯乙銨（PEA）構(gòu)建了BA???PEA?MA?Pb?I??雙間隔層體系。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)x=0.1（即10% PEA替代）時(shí)，薄膜結(jié)晶性顯著提升，太陽(yáng)能電池效率提高約30%；而更高PEA含量則導(dǎo)致結(jié)晶度下降。機(jī)理研究表明，芳香性PEA陽(yáng)離子因空間位阻效應(yīng)優(yōu)先富集于鈣鈦礦片層邊緣，并通過(guò)π-π堆疊連接相鄰晶粒，實(shí)現(xiàn)邊緣鈍化與生長(zhǎng)調(diào)控。這一工作為芳香間隔層在二維鈣鈦礦中的功能機(jī)制提供了新見(jiàn)解。

PL強(qiáng)度（歸一化）基底含10% PEA、基底邊緣態(tài)及波長(zhǎng) λ (nm)

薄膜形貌與結(jié)晶性

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一個(gè)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(gè)BA間隔層之間構(gòu)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(yáng)離子在鈣鈦礦薄膜內(nèi)的分布。(f) 二維鈣鈦礦薄膜的水接觸角測(cè)量值隨PEA含量的變化

(a) 雙間隔層薄膜系列的X射線(xiàn)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?jǐn)?shù)的變化函數(shù)

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

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

光學(xué)性質(zhì)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(fā)射光譜

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

光致發(fā)光PL光譜中，所有薄膜在~720–760 nm均出現(xiàn)邊緣態(tài)發(fā)射峰。10% PEA薄膜該峰顯著淬滅，說(shuō)明PEA有效鈍化了晶體邊緣態(tài)。

低能量PL峰位置與PEA百分比的關(guān)系

光伏性能

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(a) 雙間隔層太陽(yáng)能電池系列的J-V特性曲線(xiàn)(b) 雙間隔層太陽(yáng)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(shí)間PL衰減曲線(xiàn)

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

在環(huán)境條件下制備的倒置結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池中，10% PEA電池平均效率達(dá)11.85%，較原始電池（9.07%）提升約30%。

過(guò)量PEA（50%、100%）會(huì)導(dǎo)致填充因子下降，效率降低，主要?dú)w因于界面載流子提取受阻。

機(jī)理證據(jù)

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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(duì)應(yīng)表面、亞表面和體相的探測(cè)深度

(a-c) 100%、0%和10% PEA前驅(qū)體結(jié)晶頂部表殼的照片，黃色箭頭表示橫向生長(zhǎng)方向。(d) 對(duì)應(yīng)的XRD圖譜

GIWAXS：10% PEA薄膜在表面與亞表面區(qū)域衍射信號(hào)更強(qiáng)，出現(xiàn)低角度層狀衍射峰，表明結(jié)構(gòu)有序度提升。

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

XPS：C-N結(jié)合能位移證實(shí)PEA存在于薄膜表面邊緣區(qū)域。

作用機(jī)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(yáng)離子積聚在邊緣表面，通過(guò)π-π相互作用促進(jìn)相鄰晶粒之間的相互連接（放大視圖）

研究提出如下成膜機(jī)制：

在BA基2D鈣鈦礦中，BA主要位于基面，促進(jìn)垂直生長(zhǎng)但易產(chǎn)生裂縫。當(dāng)引入少量PEA（10%）時(shí)：

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

π-π堆疊橋接：邊緣的PEA通過(guò)芳香環(huán)間的π-π相互作用連接相鄰晶粒，增強(qiáng)橫向連接。

邊緣鈍化：PEA覆蓋邊緣態(tài)，減少非輻射復(fù)合，同時(shí)約束晶粒生長(zhǎng)方向，形成更有序的薄膜結(jié)構(gòu)。

當(dāng)PEA含量過(guò)高時(shí)，PEA亦開(kāi)始進(jìn)入基面，但其聚集傾向?qū)е屡帕袩o(wú)序，結(jié)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(guò)邊緣選擇性鈍化與π-π橋接作用，顯著提升薄膜結(jié)晶性與電池效率。該機(jī)制強(qiáng)調(diào)了芳香間隔層的空間分布調(diào)控對(duì)薄膜生長(zhǎng)的重要性，為設(shè)計(jì)高性能二維鈣鈦礦光電電池提供了理論依據(jù)。

美能大平臺(tái)鈣鈦礦電池PL測(cè)試儀

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大平臺(tái)鈣鈦礦電池PL測(cè)試儀通過(guò)非接觸、高精度、實(shí)時(shí)反饋等特性，系統(tǒng)性解決了太陽(yáng)能電池生產(chǎn)中的速度、良率、成本、工藝優(yōu)化與穩(wěn)定性等核心痛點(diǎn)，并且結(jié)合AI深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)缺陷識(shí)別與工藝反饋。

PL高精度成像：采用線(xiàn)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(shí)清晰呈現(xiàn)高亮區(qū)域（如無(wú)缺陷區(qū)）與低亮區(qū)域（如缺陷暗斑）

高速在線(xiàn)PL檢測(cè)缺陷：檢測(cè)速度≤2s，漏檢率；誤判率

AI缺陷識(shí)別分類(lèi)訓(xùn)練：實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)缺陷識(shí)別與工藝反饋

美能大平臺(tái)鈣鈦礦電池PL測(cè)試儀采用無(wú)接觸式測(cè)試方式，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鈣鈦礦電池各工藝段中的薄膜質(zhì)量異常，精準(zhǔn)定位單結(jié)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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