【文章信息】
PFPA 双功能锚定调控钙钛矿成核与结晶，抑制 δ 相提升太阳能电池效率与稳定性
第一作者：龚程
通讯作者：张聪*，李海云*，张鸿*，许梁*
单位：江西理工大学，河南理工大学，复旦大学
【研究背景】
α-甲脒铅碘（α-FAPbI3）钙钛矿因窄带隙（1.48 eV）、高热稳定性，成为高效钙钛矿太阳能电池（PSCs）的核心候选材料。然而，溶液法制备过程中，α-FAPbI3成核势垒高且FA+阳离子体积大，易形成光学惰性的α-FAPbI3杂质相（带隙 2.43 eV），不仅加速非辐射电子 - 空穴复合，还会降低晶体质量与器件稳定性，成为PSCs性能提升的关键瓶颈。现有通过路易斯酸碱配位调控结晶的策略中，功能配体多仅与FAI发生化学作用，无法有效钝化钙钛矿体相缺陷；且当体系含MABr/MACl 等组分时，结晶过程更难控制，器件稳定性进一步下降。因此，开发能同步调控结晶动力学、抑制杂质相且钝化缺陷的新策略，对推动α-FAPbI3基 PSCs实用化至关重要。
【文章简介】
近日，河南理工大学张聪教授、复旦大学李海云教授/张鸿教授、江西理工大学许梁教授团队合作，在国际顶刊《Nano Letters》上发表题为“Bifunctional Ligand Anchoring Modulates Colloidal Nucleation and Intermediate-Phase Crystallization for δ-Phase-Suppressed High-Efficiency Perovskite Solar Cells”的研究论文。
该研究创新性引入3-（五氟苯基）丙酸（PFPA）作为双功能配体，通过其氟苯环与I-的阴离子-π作用、羰基（C=O）与Pb2+的配位作用，调控无MA、纯碘体系钙钛矿前驱体的胶体行为与结晶过程，成功抑制α-FAPbI3杂质相生成，制备出高相纯度、低缺陷密度的α-FAPbI3钙钛矿薄膜，最终实现效率与稳定性双突破。
【文章要点】
要点一：PFPA 的双功能作用机制，精准锚定钙钛矿组分
PFPA分子同时具备电子受体（氟苯环）与电子供体（羰基）基团：氟苯环含5个强吸电子氟原子，形成缺电子环境，与FAI中的I-发生阴离子-π相互作用；羰基（C=O）的孤对电子与PbI2中的Pb2+形成强配位键；
要点二：调控前驱体胶体与溶剂蒸发，降低成核势垒
未加PFPA时，钙钛矿前驱体胶体尺寸仅0.1-1 nm（平均 0.27 nm）；加入PFPA后，胶体尺寸增至350-450 nm（平均 384 nm），且分布更均一（对比PFCl、HFB的宽分布胶体）;PFPA与Pb2+的配位作用削弱DMSO与PbI2的结合，加速溶剂蒸发，减少溶剂配位杂质生成，同时降低晶体成核势垒，促进细小钙钛矿晶粒均匀生长。
要点三：抑制δ相杂质，提升薄膜质量与电荷输运性能
原位UV-vis、PL、XRD表征显示：PFPA 延迟结晶动力学（目标膜结晶时间 9.54 s vs 对照膜 4.02 s），抑制无序中间相生成，20 s内完全消除δ-FAPbI3相；改性薄膜晶粒尺寸从380.4 nm增至619.2 nm，缺陷密度从1.38×10¹⁵ cm-3降至6.08×10¹⁴ cm-3，载流子寿命从197.94 ns 延长至 673.94 ns，电荷迁移率提升至30.51 cm2 V-1 s-1，显著减少非辐射复合。
要点四：器件效率与稳定性双突破
小面积（0.09 cm2）器件最高功率转换效率（PCE）达26.41%，1 cm2 大面积器件 PCE达24.38%，且无明显滞后现象；稳定性测试：未封装器件在 AM1.5G 光照下连续MPPT测试1500 h，效率保持率> 90%；封装器件在85℃、85%相对湿度（RH）湿热条件下老化1300 h，效率保持率> 85%，远超对照器件（1500 h MPPT 保持率 70%，1300 h 湿热保持率 < 65%）
【文章链接】
Bifunctional Ligand Anchoring Modulates Colloidal Nucleation and Intermediate-Phase Crystallization for δ-Phase-Suppressed High-Efficiency Perovskite Solar Cells
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c04217
【作者简介】
通讯作者：许梁教授简介：许梁，男，汉族，1981年12月出生，中共党员，教授，博士（后），博士生导师。发表SCI论文200余篇，江西省高层次技术人才、江西省赣州市青年创新人才、江西省高新技术企业认定评审专家、全国能源材料与器件专家委员会委员、高等学校工程热物理学会理事、Advanced Powder Materials和Tungsten青年编委。
第一作者：龚程，工学博士，讲师。现任江西理工大学能源与机械工程学院能源与动力工程研究所所长、能源与物理系副主任。一直从事钙钛矿光电关键技术与产业化研究；主持国家自然科学基金青年科学基金项目（C类）、江西省重点研发计划、江西省赣鄱英才青年类创新领军人才项目等6项；获得获得中国光学学会王大珩光学奖、光学与光学工程学术联赛全国百强奖、川渝科技学术论文二等奖；担任Nano-Micro Letters（IF 36.3）、Carbon Neutralization、Materials Reports Energy等期刊的青年编委/审稿人。以第一/通讯作者（含共同）在Nat. Energy、Nat. Commun.、Nano-Micro Lett.、Adv. Mater.等期刊发表论文20篇。
【课题组介绍】
先进储能与智能光电技术重点实验室重点实验室将依托江西理工大学能源与机械工程学院组建。学院面向国家重大战略前沿，围绕江西传统产业和优势产业涉及的能源、环境、材料问题，展开创新研发并推动科技成果转移转化。
