多锚点配体Sb(SU)2Cl3协同钝化实现高效稳定钙钛矿太阳能电池

本研究针对传统单点钝化配体在钙钛矿太阳能电池(PSCs)中形成电阻屏障、限制稳定性提升的瓶颈问题，开发了锑氯-N,N-二甲基硒脲复合物Sb(SU)2Cl3作为多锚点配体。通过2Se+2Cl四重配位模式显著提升钙钛矿结晶性、抑制缺陷形成，最终实现空气环境制备器件25.03%的功率转换效率(PCE)，未封装器件在85℃热老化条件下T80寿命达5004小时，为钙钛矿光伏商业化提供了新策略。

　　

在光伏领域，钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其26.7%的认证效率成为研究热点，但商业化进程仍受制于两个关键瓶颈：传统铵基钝化配体通过单点结合形成的致密绝缘层会阻碍电荷传输，而环境湿度加工导致的异步结晶问题迫使多数高效器件依赖惰性气氛制备。这些矛盾严重制约着规模化生产成本与器件稳定性的平衡。

南京航空航天大学的研究团队在《Nature Communications》发表的研究中，创新性地设计了一种锑氯-硒脲复合物Sb(SU)₂Cl₃作为多锚点配体。该配体通过2Se+2Cl四重配位模式同时结合钙钛矿晶格中四个相邻的Pb²⁺位点，配合NH-Cl氢键网络，实现了结晶度提升、缺陷抑制与湿度抵抗的协同优化。研究采用理论计算结合实验验证的方法，通过密度泛函理论(DFT)模拟配体吸附构型，结合原位紫外可见光谱(UV-vis)和掠入射广角X射线散射(GIWAXS)追踪结晶动力学，最终获得空气制备器件25.03%的PCE，未封装器件在黑暗储存、85℃热老化及1-sun光照下的T₈₀寿命分别达到23,325、5,004和5,209小时。

关键实验方法
研究采用两步法制备钙钛矿薄膜：首先将含Sb(SU)₂Cl₃的PbI₂/DMSO溶液旋涂成膜，随后与FAI/IPA溶液反应生成钙钛矿。通过X射线光电子能谱(XPS)分析Pb化学态，空间电荷限制电流(SCLC)测试缺陷密度，热激发电流(TSC)表征载流子陷阱。器件采用FTO/SnO₂/钙钛矿/PEAI/spiro-OMeTAD/Au结构，稳定性测试遵循ISOS-D-2协议。

研究结果
相互作用机制
DFT计算揭示四重配位构型的吸附能(-2.03eV)显著低于单点结合模式，使碘空位(V_I)形成能从0.82eV提升至2.34eV。FTIR光谱中3300cm^-1处N-H伸缩振动峰增强，证实配体与FA⁺的氢键作用。

结晶调控
原位UV-vis显示Sb(SU)₂Cl₃使α-FAPbI₃相变时间从1.29秒延长至2.98秒。GIWAXS显示(110)晶面取向度从43.40%提升至53.06%，残余应力从16.3MPa降至8.6MPa。

器件性能
J-V测试显示Voc从1.10V提升至1.18V，FF从81.6%增至82.7%。SCLC测得缺陷密度降低一个数量级，TSC显示陷阱激活能从0.32eV降至0.18eV。

结论与意义
该研究通过分子设计将传统"钝化-传输"的权衡关系转化为协同效应：四重配位模式不仅通过填充V_I空位实现深度钝化，其晶格匹配的方形Se-Cl构型还降低了界面电阻。氢键网络与甲基组的协同作用使器件在70%湿度下降解速率降低3倍，为解决钙钛矿光伏的环境加工与长效稳定性矛盾提供了范式转变。这种多锚点配体策略可拓展至其他金属卤化物光电材料的界面工程研究。