CIF紫外臭氧清洗机助力南昌大学攻克钙钛矿光热稳定性难题

   近日南昌大学邓泽洋、谭立成、陈义旺教授团队在国际期刊《Angewandte Chemie International Edition》发表原创研究，提出双分子精准碘捕获策略，解决 spiro-OMeTAD 基钙钛矿太阳能电池碘离子迁移、光热衰减核心痛点，实现 26.81% 超高光电转换效率与千小时级高温长效稳定性。

  课题组采用CIF UVO13 紫外臭氧清洗机完成 ITO 基底活化预处理，作为薄膜生长前重要的关键工序，构筑原子级洁净界面，为高效率、长寿命钙钛矿器件打下坚实工艺基础。

    基于 spiro-OMeTAD 空穴传输层的钙钛矿太阳能电池光电转换效率已突破 26%，但长期光热工况下的性能断崖式衰减始终是商业化最大阻碍。光热应力会驱动钙钛矿内部碘离子不可逆向外扩散，侵入 spiro-OMeTAD 层后会引发空穴传输层脱掺杂，同时在钙钛矿 / 空穴传输层界面生成大量孔洞，大幅提升非辐射复合损耗。    过往研究多聚焦钙钛矿本体缺陷钝化，忽略碘离子对空穴传输层的侵蚀作用，且单一界面钝化手段难以长效束缚游离碘，无法满足高温长期运行需求。想要从根源抑制离子迁移，不仅需要创新分子修饰方案，更要从基底预处理环节消除杂质、缺陷隐患，CIF UVO13 紫外臭氧清洗机正是该研究实现可重复、高性能器件的核心前置设备。

   光热应力下碘离子迁移侵入spiro-OMeTAD空穴传输层是钙钛矿电池性能衰减核心诱因。提出双重碘捕获方案：界面引入TFIBA分子通过卤键在钙钛矿表面构建碘捕获位点，同时开发FPIFA无空气辅助型掺杂剂，其掺杂副产物额外形成内部碘陷阱。该策略大幅提升碘迁移活化能，抑制脱掺杂与界面孔洞生成。器件最终实现26.81%光电转换效率，85 ℃持续光照下T93寿命超1140 h，热循环、湿热稳定性均达同期较优水平之一。

图1  (a) 不同加热时间下SnO2/钙钛矿/螺环-OMeTAD/银的截面SEM图像。(b) 在85 ◦ C条件下，老化后的PVSCs（含或不含螺环-OMeTAD、新鲜或老化后的螺环-OMeTAD）的归一化PCE随老化时间的变化关系。(c) 在85 ◦ C下，螺环-OMeTAD/银与钙钛矿/螺环-OMeTAD/银样品的电导率随加热时间的变化曲线。(d) 原始螺环-OMeTAD、氧化后的螺环-OMeTAD及氧化后的螺环-OMeTAD-KI薄膜的紫外-可见吸收光谱。(e) 精准碘化物陷阱策略示意图：设计了 TFIBA 作为界面抑制剂和螺环-OMeTAD的理想掺杂剂 FPIFA 。(f) 精准碘化物陷阱路径： TFIBA 通过卤键作用形成表面碘化物陷阱； FPIFA 可实现螺环-OMeTAD的无空气p型掺杂，而副产物则会形成内部卤键陷阱。

图2 (a) 不同抑制剂（BA、 PFBA 、IBA和 TFIBA）的化学结构及相应的静电势分布。(b) TFIBA中酰胺基团上的O与苯环上I在钙钛矿(001)晶面上的计算吸附能。(c) TFIBA的¹⁹ F NMR谱图；(d) TFIBA 和 PFBA 中氟原子的化学位移（Δ δ）在分别与不同碘化物化合物（PbI2、FAI和KI）混合后的变化。(e) 在85 ◦C老化前后，采用不同抑制剂的PVSCs界面层的PCE对比。(f) Spiro:Li和Spiro: FPIFA 溶液在不同氧化时间下的ESR光谱结果。(g) FPIFA、Spiro: FPIFA 和Spiro-OMeTAD的 FTIR 谱图。(h) 85 ◦C下，钙钛矿/抑制剂/ HTL /Ag样品的电导率随时间的变化曲线。(i) 基于对照组、Spiro: FPIFA 、 TFIBA 及目标处理样品，碘离子从钙钛矿层迁移至Spiro-OMeTAD的能量垒。(j) 对照组与目标样品的温度依赖性电导率。(k) 在85 ◦C下加热480小时后，基于对照样品与目标样品的ToF-SIMS深度分布曲线。

图3 (a) C-AFM图像与(b)表面电流分布；(c) KPFM 图像与(d)表面电势分布；(e)对照组与目标样品在85 ◦C老化前及老化后的PL映射图与(f)PL强度分布；(g)对照组与目标样品在85 ◦C老化后，于选定探针延迟时间下TA图像的二维等高线图及(h)对应的TA光谱。

图4 (a)J–V曲线及对照组与目标器件的光伏参数；(b) XPS 谱中I_3d核心能级峰的变化；(c) 在85 ◦C标准光照下，对照组（左）与目标器件（右）经不同老化时间后，其ITO/SnO2/钙钛矿/ HTL /Ag结构薄膜的 XRD 图案变化；老化后，使用Kapton胶带移除银电极；(d) 在85 ◦C下经 ISOS -D-2测试时，对照组与目标器件的归一化PCE演变曲线；(e) 经 ISOS -T-3测试时，在-40 ◦C至85 ◦C的热循环条件下，PCE的演变曲线；(f) 在85 ◦C下持续标准光照下的 MPPT 值（ISOS -L-2测试）；(g) 近期报道的螺环-OMeTAD改性PVSCs的PCE与热稳定性统计图。