双功能二氟草酸硼酸锂添加剂实现结晶调控与离子迁移抑制构建稳定钙钛矿太阳能电池

针对钙钛矿太阳能电池(PSCs)在潮湿环境中稳定性差的问题，研究人员通过创新性"一剂双掺"策略，将二氟草酸硼酸锂(Li-DFOB)同时引入PbI2和Spiro-OMeTAD层，显著提升晶体质量并抑制离子迁移。该研究使器件在624小时后仍保持98.7%的初始效率(24.07%)，为开发耐湿性PSCs提供了新思路。

　　

在可再生能源领域，钙钛矿太阳能电池(PSCs)犹如一匹黑马，十年间将光电转换效率(PCE)从3.8%提升至25.7%，但其商业化进程却被稳定性问题死死拖住后腿。这些娇嫩的半导体材料在潮湿空气中会像受潮的饼干般瓦解，更棘手的是内部离子迁移会引发"内鬼式"破坏。传统解决方案往往顾此失彼——改善钙钛矿结晶就管不了空穴传输层(HTL)的短板，而常用掺杂剂双三氟甲磺酰亚胺锂(Li-TFSI)更是"吸水小能手"，加速器件衰变。

南京航空航天大学的研究团队在《Organic Electronics》发表突破性成果，他们像"双面特工"般将二氟草酸硼酸锂(Li-DFOB)同时植入PbI₂前驱体和Spiro-OMeTAD层，创造出效率24.07%、湿度稳定性革命性提升的PSCs。这项研究巧妙运用分子双功能特性：在钙钛矿层充当"晶体整形师"抑制缺陷，在HTL层扮演"防水卫士"阻断潮气侵蚀，最终器件在常温环境下624小时仍保持98.7%初始效率，为PSCs实用化扫除关键障碍。

研究采用X射线光电子能谱(XPS)解析Li-DFOB的化学键合机制，通过空间电荷限制电流(SCLC)测量量化缺陷密度变化，结合接触角测试验证HTL疏水性提升。同步辐射掠入射X射线衍射(GIXRD)揭示结晶取向优化，电化学阻抗谱(EIS)则追踪界面电荷传输改善。

Results and discussion
通过"单掺-双掺"对比实验发现，仅在钙钛矿层添加Li-DFOB(Device B)使PCE从22.1%提升至23.35%，归因于Pb²⁺与DFOB^-的配位作用抑制了碘空位形成。单独HTL掺杂(Device C)则通过替代Li-TFSI使接触角增大15°，显著降低湿度敏感性。而双掺器件(Device D)展现出协同效应：钙钛矿(002)晶面衍射强度提升2.3倍，非辐射复合电流降低一个数量级，最终效率突破24%大关。

Conclusion
该研究开创性地证明单一添加剂可同时优化PSCs两个关键功能层。Li-DFOB的草酸根基团像"分子锁"固定迁移离子，氟元素则形成"防潮护甲"，这种"一石二鸟"策略打破了传统添加剂只能局部优化的局限。特别值得注意的是，DFOB^-与Spiro-OMeTAD的π-π堆叠作用提升了空穴迁移率，而锂离子(Li⁺)的尺寸效应有效阻塞了晶界扩散通道。这种跨尺度调控理念为新一代稳定型光伏器件设计提供了范式转移。

重要意义
Riming Nie团队的工作超越了简单"打补丁"式的稳定性改进，从物理化学本质层面实现了：①结晶动力学与热力学协同控制；②体相缺陷与界面缺陷同步钝化；③本征稳定与外保护双重机制。这种"三位一体"的稳定化策略不仅适用于PSCs，对钙钛矿LED、光电探测器等易损器件同样具有启示价值。该成果将添加剂工程推向新高度——从"头痛医头"到"系统诊疗"，标志着钙钛矿光电器件向实际应用迈出关键一步。