主要观点总结
本文研究了基于纯相二维(2D)钙钛矿的钝化层对钙钛矿太阳能电池的影响，特别是在器件升级为模块时的挑战。研究发现长链烷基胺配体盐中的甲脒溴化物处理可以形成均质的2D钙钛矿钝化层，实现了较高源面积效率。该研究揭示了均质化二维相构建机制和优化钝化效果的方法，并展示了该方法对增强光伏性能和大规模生产钙钛矿太阳能模块的潜力。
关键观点总结
关键观点1: 研究背景
基于纯相二维钙钛矿形成均质钝化层是钙钛矿太阳能电池面临的一个挑战，尤其是在器件升级为模块时。文章指出了在三维钙钛矿之上生长的2D钙钛矿存在的链长和卤化物相关的相分离问题。
关键观点2: 研究成果
武汉理工大学的研究团队通过使用长链烷基胺配体盐中的甲脒溴化物处理钙钛矿层，成功形成了均质的2D钙钛矿钝化层。这一策略在全槽模印刷大型太阳能模块中的应用，使有源面积效率显著提高。
关键观点3: 研究细节
研究发现较短的链配体往往会增加2D钙钛矿内的相分离，导致形态不均匀和覆盖不均匀的问题。而长链配体与甲脒卤化物结合时，可以最大限度地减少这些问题。甲脒溴化物被证明可以形成稳定的纯相层，而不会导致不需要的卤化物相分离。
关键观点4: 研究亮点
该研究不仅展示了均质化二维相构建机制和优化钝化效果的方法，还通过AFM和KPFM图像等技术证实了混合甲脒溴化物处理可产生更光滑的表面，潜在波动最小。此外，该研究还强调了该方法的可扩展性，可在不同的模块尺寸上实现高效率，展示了商业规模生产的潜力。
关键观点5: 研究的实际应用价值
该研究为钙钛矿太阳能电池的钝化层提供了新的策略和方向，提高了光伏效率，降低了缺陷密度，并增强了所得太阳能模块的热稳定性和光子稳定性。这一研究推动了钙钛矿太阳能技术的商业化进程。
正文
基于纯相二维(2D)钙钛矿形成均质钝化层对于钙钛矿太阳能电池来说是一个挑战，尤其是在将器件升级为模块时。本文揭示了在三维钙钛矿之上生长的2D钙钛矿的链长相关和卤化物相关的相分离问题。
鉴于此，武汉理工大学卜童乐教授、程一兵院士、黄福志教授、麦立强教授证明，用长链 ( >10) 烷基胺配体盐中的甲脒溴化物处理钙钛矿层后可以形成均质的 2D 钙钛矿钝化层。对于无反溶剂处理的小尺寸 (0.14 cm2) 和大尺寸 (1.04 cm2) 器件和微型模块 (13.44 cm2)，研究人员分别实现了 25.61%、24.62% 和 23.60% 的最高有源面积效率。该钝化策略与印刷技术兼容，使面积为 310 cm2 和 802 cm2 的全槽模印刷大型太阳能模块的孔径面积效率分别达到 18.90% 和 17.59%，证明了扩大制造的可行性。相关研究成果以题为“Homogeneous coverage of the low-dimensional perovskite passivation layer for formamidinium–caesium perovskite solar modules”发表在最新一期《Nature Energy》上。值得一提的是，卜童乐教授，1993年2月出生，武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室研究员,博士生导师，国家自然科学基金优秀青年科学基金获得者。武汉理工大学本硕博，2020年11月在日本冲绳科学技术大学院大学做博士后，2022年3月受聘武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室任研究员。从2021年至今，他已发表一篇Science，两篇Nature Energy。担任《Acta Physico-Chimica Sinica》、《eScience》等期刊青年编委。研究发现，较短的链配体往往会增加 2D 钙钛矿内的相分离，导致 3D 层上的形态不均匀和覆盖不均匀。通过光致发光（PL）测量，研究人员观察到与二维钙钛矿中不同相相关的不同发射峰。通过选择长链配体，特别是与甲脒卤化物结合时，可以最大限度地减少这些问题。值得注意的是，FABr 被证明可以形成稳定的纯相层，而不会出现不需要的卤化物相分离，这是实现均匀钝化的重要发现。图 1a 展示了使用的 2D 配体的化学结构，其中描绘了不同的卤化物和链长度。具有钝化层的PSC层状结构的示意图如图1b所示。PL 光谱（图1c-e）显示不同的卤化物成分如何导致不同的 PL 发射峰，揭示具有较短链或特定卤化物选择的结构中的相分离。DFT 计算（图 1f-h）显示了生成焓，说明了三卤化物组合物特别有效，显示出降低的形成热函和改善的相稳定性。图 1. 用于可扩展太阳能模块的二维钙钛矿相组成工程如原位PL和GIWAXS分析所示（图2a-d），在旋涂过程中，FABr/DABr形成的2D层明显比其他处理更快且更均匀。SEM图像（图2e）显示FABr处理的样品具有更光滑的表面形态，缺陷更少，突出了这种方法在覆盖缺陷方面的关键优势。研究人员得出结论，FABr可以更有效地填充离子空位，从而稳定该层。图2f中的自组装示意图概述了该机制：FABr与DABr结合形成纯相n=2结构，减少表面缺陷并增强3D和2D层之间电荷转移界面的均匀性。AFM和KPFM图像（图3a-d）证实，混合FABr/DABr处理可产生更光滑的表面，潜在波动最小，这意味着更均匀的电子环境。共焦PL映射（图3e）显示，经过处理的薄膜表现出更长的光致发光寿命，晶界处载流子寿命更长。空间电荷限制电流(SCLC)测量（图3f），FABr处理层中的陷阱密度（缺陷位点）显着降低，从而提高了载流子迁移率。最后，LED光照射下的原位PL测量表明，FABr/DABr处理层保持稳定，并更长时间地保持其PL强度，证明纯相n=2二维层对热应力和光子应力具有鲁棒性。图4显示了各种器件尺寸的J-V特性，说明了FABr/DABr处理如何提高光伏性能。用不同钝化剂处理的小型器件的J-V曲线，其中FABr/DABr处理的器件表现出更高的开路电压(VOC)（图4a）。大型器件和微型模块的J-V和EQE曲线（图4b-c），实现25.61%的峰值PCE和随时间推移的稳定效率,大面积器件和微型模块实现了出色的效率，与较小的电池相比，效率损失最小，表明该方法的可扩展性。外量子效率(EQE)测量显示出高且一致的光子到电子转换率。稳定性测试进一步证实了这些设备的耐用性，FABr/DABr改性模块在连续照明超过2000小时后仍保留了约88%的初始效率（图4d-e）。作者概述的狭缝模头印刷工艺（图5）证明了该方法对于大面积PSM的可行性。印刷的20cm×20cm和30cm×30cm模块实现了具有竞争力的效率，并且因缩放而导致的效率下降最小。该工艺通过优化图案层（P1、P2、P3）的激光划片实现了高几何填充因子（~96%）。大型模块（20cm×20cm和30cm×30cm）的J-V曲线，分别实现18.90%和17.59%的效率。总的来说，FABr/DABr处理的2D层的均匀性使其能够一致地应用于大表面积，标志着高效钙钛矿模块的商业化生产迈出了重要一步。本文的研究结果表明，在用长链烷基胺对3D钙钛矿进行后处理时引入FABr可实现均匀、稳定和高效的2D钝化层，从而减轻相分离问题。这种优化的钝化技术提高了光伏效率，降低了缺陷密度，并增强了所得PSM的热稳定性和光子稳定性。该研究强调了这种方法的可扩展性，可以在不同的模块尺寸上实现高效率，并展示商业规模生产的潜力。通过保持结构和形态的均匀性，该处理使钙钛矿太阳能技术更接近市场准备。声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
