分子定制季铵化吡啶盐后处理增强钙钛矿太阳能电池缺陷钝化与载流子动力学研究

针对钙钛矿太阳能电池(PSCs)表面缺陷导致非辐射复合和稳定性不足的问题，研究人员开发了新型季铵化吡啶盐EMCP-I作为后处理分子。该分子通过双功能钝化正负电荷缺陷、优化能级排列，将器件效率从20.5%提升至22.6%，并显著增强环境与运行稳定性，为高性能PSCs设计提供了分子工程范例。

　　

近年来，钙钛矿太阳能电池(PSCs)以其26%以上的超高光电转换效率(PCE)成为光伏领域的研究热点。这类材料具备优异的光吸收能力、可调带隙和长载流子扩散长度等特性，且可通过低温溶液法制备。然而，溶液加工过程中产生的表面缺陷和晶界不仅会引发载流子复合，还会形成离子迁移通道，严重制约器件性能和商业化进程。

针对这一挑战，表面后处理策略被广泛采用。既往研究表明，吡啶类分子能通过路易斯酸碱作用钝化钙钛矿中未配位的Pb²⁺
缺陷，而吡啶鎓盐则可同时修复卤素空位。但传统季铵化吡啶盐(如EP-I)因空间位阻效应导致钝化效果有限。为此，土耳其科学团队设计了一种含酯基的新型季铵化吡啶鎓盐EMCP-I，通过分子工程实现双重缺陷钝化与界面优化。

研究采用密度泛函理论(DFT)计算结合实验验证，系统比较了EMCP-I与EP-I的静电势分布差异。通过制备FTO/c-TiO₂
/mp-TiO₂
/钙钛矿/EMCP-I/spiro-OMeTAD/Au结构的介孔n-i-p型器件，发现EMCP-I中的酯基能更有效结合钙钛矿表面缺陷。稳态/瞬态荧光测试显示，处理后的薄膜非辐射复合显著降低，载流子寿命延长至2.3倍。

Device fabrication
采用两步旋涂法制备Cs_0.05
(FA_0.9
MA_0.1
)_0.95
Pb(I_0.9
Br_0.1
)₃
三阳离子钙钛矿层，通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征薄膜结晶性与形貌。

Results and discussion
DFT计算揭示EMCP-I的酯基区域存在显著负静电势，可强效锚定带正电的Pb²⁺
缺陷。接触角测试证实其疏水性优于EP-I(92° vs 78°)。电化学阻抗谱(EIS)显示界面电荷转移电阻降低47%，开路电压提升至1.18V。最终器件PCE达22.6%，未封装器件在85°C老化500小时后仍保持初始效率的91%。

Conclusions
该工作通过分子设计将功能性酯基引入季铵化吡啶鎓盐，实现了：1)双极性缺陷协同钝化；2)钙钛矿/空穴传输层(HTL)能级优化；3)三维交联疏水保护网络构建。这种"一石三鸟"策略为同时提升PSCs效率和稳定性提供了新思路，相关成果发表于《Journal of Energy Chemistry》。研究不仅证实分子定制对界面工程的关键作用，更为开发新型多功能钝化剂建立了理论框架。