钙钛矿太阳能电池以其优异的光电转换潜力被视为光伏领域的“明日之星”，但其稳定性问题，特别是制备过程中关键环节——“表面缺陷钝化”的可重复性差，成为阻碍其大规模商业应用的难题。
近日，这一难题迎来突破。近日，国际期刊《自然*能源》（Nature Energy）在线发表了西湖大学工学院王睿团队的最新研究成果。该团队创新性地提出了一种基于氟化异丙醇（FIPA）的饱和钝化（SP）策略，成功解决了钙钛矿太阳能电池表面缺陷钝化中的可重复性和普适性问题，为可扩展、高性能的光伏技术提供了重要的技术支持，有望为钙钛矿太阳能电池的商业化应用做出贡献。
“表面功夫”为何难做？
在现实制备钙钛矿电池的过程中，经常会发生“缺失”，比如缺一个A离子、少一个B离子——这样的情况，被统称为缺陷。就像墙上有很多裂缝，表面缺陷会导致电池能量流失，降低效率。缺陷可以通过使用钝化剂“钝化”来解决，即让“缺失”的部位补上，或者是让这个缺失更难形成。在“出厂”走向大规模应用之前，钙钛矿电池都需要经过表面缺陷钝化。
但做好这样的“表面功夫”，其实最难。钙钛矿电池，有点像情绪不太稳定的任性小孩。再精心设计的钝化剂，也敌不过它的“川剧变脸”。
钙钛矿的表面状态常常在不同批次、使用者和实验室之间发生变化，这主要归因于加工历史和环境条件的波动，如温度、化学计量比、湿度及溶剂蒸发引起的微环境等轻微变化。这些通常是无法避免的波动，却可能导致钙钛矿表面状态的显著差异。
“今天钝化时电池效率是25%，明天效率变22%了。”
两年前，还在王睿课题组做博后的王思思经常面对这样令人头疼的”玄学难题”：为一个钙钛矿调好了钝化剂的浓度，微环境有了一点小小的变化，钙钛矿电池表面状态就发生了很大变化，又得重新调整钝化剂的浓度。
钝化这一步，简直像开盲盒。这种“玄学”难题，也被称为钝化的不可重复性，对于王思思以及众多研究者来说是很大的困扰，对于工业生产来说则更是致命的缺陷。
因此，开发一种能够容忍偏差、在不同情境下普遍有效的钝化策略，对于维持钙钛矿电池表面缺陷钝化的持续有效性，推动钙钛矿太阳能电池的工业大规模生产具有至关重要的意义，但这一目标依然面临巨大的挑战。
给钙钛矿一次自己选择的机会
“钝化过程中就是有不可控制的因素，钙钛矿电池就是会动态地变化，那有没有可能，存在一种能够回应动态变化的同样动态的策略？”王思思想换一种思路。
传统的钝化策略（CP策略）是“连续涂布”或“常规涂布”，即将固体、液体或气体的钝化剂“滴”在钙钛矿薄膜表面（旋涂法），或将钙钛矿浸泡在钝化剂中（浸渍法），都可以达到缺陷钝化的效果。但这一钝化策略的效果对操作条件（比如钝化剂浓度、涂布速度等）非常敏感，稍有不慎就会导致钝化剂分布不均匀或渗透过深，从而致使电池效率折损。
王思思花了2年的时间，终于探索出了一种自适应饱和钝化策略（SP策略）：先使用高浓度钝化剂——氟化异丙醇（FIPA）溶液处理钙钛矿表面，然后通过异丙醇(IPA)和FIPA的混合溶剂冲洗去除多余的钝化剂，确保钙钛矿电池的表面缺陷完全钝化，并形成一层薄薄的低维钙钛矿，既不干扰电荷传输，又最大化了缺陷钝化效果。此外，这种策略还能有效扩大操作窗口。
照亮产业化之路
当王思思小心翼翼的给钙钛矿电池分别滴上2滴不同的溶液，王睿团队2年多的研究成果也迎来了曙光。通过“倾听材料自己的声音”，团队为钙钛矿电池这一“任性天才”找到了“自主选择"的缺陷钝化方案，攻克了长期困扰学界和业界的可重复性难题。
“我们之前的研究都是人为给钙钛矿电池设计钝化剂的浓度，把我们的想法‘加’在它身上。这次，决定让钙钛矿自己选择自己需要的钝化剂。方法是，先放很多高浓度钝化剂，然后通过一种溶剂把多余的钝化剂洗掉，这样钙钛矿就会自己留下自己需要的钝化剂，就像‘缺多少药就拿多少药’。”王睿笑着说， “因为钙钛矿是最懂钙钛矿自己的人。”
本次研究强调钝化效果的可重复性，可以理解为钝化操作工艺的标准化。当钝化操作不再因钙钛矿电池的“任性”而不可重复，也就意味着电池生产效率的提高，能更快地落地、应用。
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