新葡萄奔驰AMGInView-PL助力添加剂改性钙钛矿太阳能电池相关研究
划重点 SUMMARY
✅ 本研究将芘-4,5,9,10-四酮（PTO）作为多功能添加剂引入钙钛矿前驱体，通过配位与氢键作用延缓结晶、钝化缺陷，还能形成能量阱抑制碘离子迁移，大幅提升钙钛矿薄膜质量。
✅ 最优PTO添加量的钙钛矿电池效率达25.90%，封装器件经1000小时湿热测试效率仅降4.9%，2016小时MPPT测试后仍保持92.4%初始效率，稳定性远优于空白器件。
✅ 新葡萄奔驰AMGInView-PL设备捕捉到结晶初始阶段的PL半高宽差异、160s时的强度优势，结合动态光散射（DLS）数据，从多维度验证了PTO对结晶均匀性和薄膜质量的调控效果，为研究提供关键测试支撑。
上海交通大学材料科学与工程学院韩奇峰教授团队在ADVANCED ELECTRONIC MATERIALS上报道了以PTO为添加剂实现钙钛矿结晶调控与离子迁移抑制，大幅提升电池效率和稳定性，为多功能添加剂设计提供实证参考。
Keywords：钙钛矿太阳能电池 | PTO添加剂 | 结晶调控 | 离子迁移抑制
研究背景
钙钛矿太阳能电池光电转换效率提升迅速，但本征光吸收层存在缺陷形成能低、缺陷密度高、离子迁移活化能低的问题，点缺陷与晶界不仅成为非辐射复合中心，还加速相转变、材料分解与离子迁移，严重制约器件长期稳定性。
添加剂虽能调控钙钛矿结晶、降低缺陷密度，但现有添加剂对晶界离子迁移的阻挡效果有限。如何通过多功能添加剂同时实现结晶质量提升与离子迁移高效抑制，成为推动钙钛矿电池商业化的关键难题。
新葡萄奔驰AMGInView-PL在线原位荧光光谱仪为钙钛矿动态光电特性研究提供原位测试支撑，精准捕捉结晶过程中的峰形、强度变化，是探究添加剂对结晶过程影响的关键光学工具。
研究成果
结晶调控与缺陷钝化
PTO优化钙钛矿薄膜特性
本研究将芘-4,5,9,10-四酮（PTO）作为添加剂引入钙钛矿前驱体，其分子上的C═O基团可与Pb²⁺形成配位键、与FA⁺形成氢键，延缓钙钛矿结晶速率，使前驱体晶相转变时间从11s延迟至19s。
PTO还能增大前驱体胶粒平均尺寸、缩窄粒径分布，提升薄膜均一性，且因分子尺寸较大无法进入钙钛矿晶格，仅分布于晶界与表面。适量PTO可将钙钛矿电子、空穴缺陷密度显著降低，有效钝化碘空位导致的浅能级缺陷态，大幅减少非辐射复合。
图1 密度泛函理论计算中钙钛矿与PTO相互作用模型
器件性能提升
PTO实现钙钛矿电池效率突破
PTO的适量添加使钙钛矿薄膜晶粒尺寸增大、晶界减少，功函数随添加量增加逐步提升，光致发光强度提升1.6倍，薄膜光电特性显著优化。基于不同PTO添加量制备的FTO/ALD-ITO/DC-TMPS/PVK/C₆₀/SnO₂/Au器件中，0.5%添加量器件表现最优，内建电势达1.183V，理想因子降至1.23，漏电流较空白器件降低一个数量级。该最优器件光电转换效率达25.90%，VOC为1.163V、JSC为26.12mA・cm⁻²、FF为85.26%，稳态输出效率达25.79%，且20 个器件的效率分布范围窄，证明该策略具有良好可重复性。
图2 不同PTO添加量封装器件各类性能测试结果
离子迁移抑制
PTO显著增强器件长期稳定性
PTO分子中六元环的高静电势区域可吸附自由移动的碘离子，形成能量阱，使碘离子迁移需克服1.35~1.93eV的能量壁垒，将离子迁移活化能从0.36eV提升至0.72eV，实现活化能翻倍。原位测试显示，施加3V・μm⁻¹电场180s后，添加PTO的薄膜光致发光强度无明显变化，而空白薄膜强度显著下降。封装器件经1000h湿热测试（85℃、85% RH），0.5%PTO器件效率仅衰减4.9%；2016h最大功率点跟踪测试后，仍保留92.4%的初始效率，远优于空白器件。
图3 添加PTO钙钛矿不同模型中碘离子迁移路径等
实验表征
InView-PL在线原位荧光光谱仪
新葡萄奔驰AMGInView-PL通过实时追踪PL峰形（半高宽）与强度演变，从成核均匀性、结晶完整性量化PTO调控效果，与DLS测试形成交叉验证：
前驱体均匀性的间接表征：结晶初始阶段，对照膜PL峰半高宽达45nm，添加PTO的膜仅32nm，与DLS结果吻合 ——PTO增加了平均胶体尺寸，缩小了粒径分布，从源头优化分散性。
结晶完整性与速率分析：对照样11s启动晶相转变，PTO样延迟至19s，强度上升更平缓，避免快速成核缺陷。退火160s时，PTO样PL强度较对照组明显提升，结合XRD（100）晶面半峰宽从0.124降至0.087，证实结晶更完整。
InView-PL为验证PTO的多功能调控作用提供了高可靠性的光学测试支撑，是研究钙钛矿薄膜光电特性与动态变化的重要工具。
图4 (e)(f)含与不含PTO的钙钛矿退火过程原位光致发光(PL)光谱等
总结及应用
本研究成功开发出PTO这一多功能钙钛矿添加剂，通过配位与氢键作用实现结晶调控和缺陷钝化，借助能量阱效应高效抑制离子迁移，最终制备出效率25.90% 且稳定性优异的钙钛矿太阳能电池，封装器件在湿热和长期工作条件下均表现出远超空白器件的性能保持率。
该研究证实了多功能添加剂在同步优化钙钛矿结晶质量与抑制离子迁移方面的可行性，为钙钛矿电池添加剂的设计提供了全新思路，后续可基于该思路开发更多兼具多重调控功能的添加剂，进一步推动钙钛矿太阳能电池的商业化进程。
新葡萄奔驰AMG设备推荐
在线原位荧光光谱仪 InView-PL
✔ PL检测波段 600~1050nm
✔ 吸收检测波段 400~1100nm
✔ 激发光斑~φ3mm，功率密度≤0.1Suns
✔ 工况采样率 ≥10Hz
✔ 旋涂、闪蒸、退火适配支架可定制
参考文献：
Crystallization Enhancement and Ion Migration Suppression by a Multifunctional Additive for Stable Perovskite Solar Cells
作者：
Yangzi Shen, Hongcai Tang, Ge Yan, and Qifeng Han*
