大家好，欢迎关注和星标钙钛矿学习与交流！钙钛矿太阳能电池的商业化进程受到其本征缺陷和不稳定性的阻碍，这些问题会引发离子迁移并导致效率衰减。添加剂策略已被广泛研究用于提升 PSCs 的性能，但部分潜在添加剂的溶解性有限，阻碍了其进一步应用。2026年1月22日烟台理工学院王锦涛&烟台大学陈平、盛任团队于《ACS Applied Materials & Interfaces》发表High-Performance Perovskite Solar Cells Enabled by the Guanidine Derivative,本文将胍衍生物肌酸引入钙钛矿前驱体中，以减少缺陷并最大限度抑制离子迁移。通过理论和实验测试，证实肌酸与碘化铅之间的强相互作用可显著提高肌酸在DMSO中的溶解性。具体而言，羧基和亚胺基中的碳氧双键（C=O）能与铅离子（Pb2+）有效螯合，而胺基则易于与碘离子形成氢键。通过协同作用，肌酸的加入不仅能调控结晶过程以减少缺陷，还能抑制离子迁移。结果表明，所制备的 PSCs 实现了 25.51% 的冠军光电转换效率，且稳定性大幅提升，在环境氛围下暴露 1000 小时后仍保持其初始效率的 93.2% 以上。本研究凸显了低溶解性添加剂在提升 PSCs 性能方面的应用潜力。核心策略：在含 PbI₂、CsI 的 DMSO/DMF 前驱体溶液中添加不同浓度肌酸，按 ITO/SnO₂/ 钙钛矿 / Spiro-OMeTAD/Ag 结构制备器件，经旋涂、退火等步骤完成薄膜与器件组装。利用肌酸中羧基和亚胺基的 C=O 与 Pb²⁺形成螯合作用，胺基与碘离子形成氢键，通过协同作用强化肌酸与钙钛矿组分的相互作用。机制：提升肌酸在溶剂中的溶解性，调控钙钛矿结晶速率，减少针孔、裂纹等缺陷，钝化碘空位和未配位 Pb²⁺等缺陷态，降低非辐射复合，同时抑制离子迁移。结构：ITO/SnO₂/ 钙钛矿 / Spiro-OMeTAD/Ag。效率：冠军 PCE 达 25.51%，填充因子（FF）为 83.8%，短路电流密度（Jsc）为 25.93 mA/cm²，开路电压（Voc）为 1.17 V，滞后指数从 0.53% 降至 0.31%。稳定性：未封装器件在 25℃、15-25% RH 环境中存放 1000 小时，保持 93.2% 初始效率；50℃氮气氛围下 400 小时，保持 95% 以上初始效率；钙钛矿薄膜分解程度显著降低，表面形貌稳定性提升。
1、ITO 基板预处理：依次用去离子水、丙酮、乙醇超声清洗 15 分钟 / 次，后续经紫外臭氧处理 20 分钟。
2、SnO₂电子传输层制备：取 25 μL SnO₂溶液，以 3000 rpm 转速旋涂 30 秒，随后在 150℃下退火 30 分钟，冷却后再经紫外臭氧处理 20 分钟。
3、钙钛矿层制备：先将 50 μL PbI₂前驱体溶液以 1500 rpm 转速旋涂 40 秒，随即滴加有机胺盐前驱体，保持 1500 rpm 继续旋涂 40 秒，立即在环境氛围中 150℃退火 15 分钟。
4、Spiro-OMeTAD 空穴传输层制备：将 Spiro-OMeTAD 溶液以 5000 rpm 转速旋涂 40 秒。
5、Ag 电极蒸镀：以 2 Å/s 的速率在空穴传输层上蒸镀 100 nm 厚的 Ag，通过阴影罩校准，活性面积为 0.1 cm²。
图 1 理论计算结果示意图。(a) 肌酸的静电势分布（ESP）分析；(b) 完美钙钛矿晶体结构；(c) 碘空位（VI）；(d) 肌酸与碘空位（VI）的相互作用；(e) 铅反位缺陷（PbI）；(f) 肌酸与铅反位缺陷（PbI）的相互作用。
图 2 (a) 铅 4f（Pb 4f）和 (b) 氧 1s（O 1s）的 X 射线光电子能谱（XPS）（含与不含肌酸）；(c) 碳氧双键（C=O）和碳氮双键（C=N）的傅里叶变换红外光谱（FTIR）；(d) 碘 3d（I 3d）和 (e) 氮 1s（N 1s）的 X 射线光电子能谱（XPS）（含与不含肌酸）；(f) 氮氢键（N−H）的傅里叶变换红外光谱（FTIR）。
图 3 (a,b) 扫描电子显微镜（SEM）图像、(c,d) 截面扫描电子显微镜（cross-sectional SEM）图像、(e,f) 原子力显微镜（AFM）图像（含与不含肌酸的钙钛矿薄膜）。
图 4 (a) 紫外 - 可见（UV-vis）吸收光谱、(b) 稳态光致发光（PL）光谱和 (c) 时间分辨光致发光（TRPL）测试（含与不含肌酸的钙钛矿薄膜）；(d) 奈奎斯特图（Nyquist plots）、(e) 莫特 - 肖特基（Mott-Schottky）测试和 (f) 陷阱态密度（tDOS）测试（含与不含肌酸的钙钛矿太阳能电池器件）。
图 5 (a) 钙钛矿太阳能电池（PSCs）的电流 - 电压（J−V）特性测试；(b) 老化后钙钛矿薄膜的 X 射线衍射（XRD）测试和 (c) 扫描电子显微镜（SEM）测试；(d) 未封装钙钛矿太阳能电池器件在环境氛围（25℃，相对湿度 15-25%）下存放 1000 小时的稳定性测试。
作者：Jintao Wang,* Jiaqi Shang, Buyue Zhang, Shuming Chen, Haochen Yi, Yuyu Zhang, Jinwen Liu, Ren Sheng,* and Ping Chen*
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https://doi.org/10.1021/acsami.5c23109
