4FBII 是 4 - 氟苯甲脒氫碘酸鹽的簡(jiǎn)稱，CAS 號(hào)為 887623-88-3。它是一種脒基配體，在鈣鈦礦太陽能電池中具有優(yōu)異的表面鈍化效果。
- 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定：具有較高的酸解離常數(shù)（pKa）值，其 N-H 鍵解離能較大，去質(zhì)子化平衡常數(shù)較低，在高溫下能有效抑制去質(zhì)子化，熱穩(wěn)定性好。
- 表面鈍化效果好：通過將其溶液旋涂到鈣鈦礦薄膜表面，可對(duì)鈣鈦礦薄膜起到穩(wěn)定的表面鈍化作用。經(jīng)加速老化后，用 4FBII 處理的鈣鈦礦薄膜特征元素峰變化小，信號(hào)損失少。
- 可實(shí)現(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)鈍化：4FBII 與丙二酰亞胺二氫碘酸鹽（PDI?）組合可實(shí)現(xiàn) n 型摻雜，使鈣鈦礦薄膜導(dǎo)帶電子密度增加，具有場(chǎng)效應(yīng)鈍化作用。
- 延長(zhǎng)載流子壽命：時(shí)間分辨光致發(fā)光（TRPL）測(cè)量表明，4FBII 處理的載流子壽命最長(zhǎng)，用于鈣鈦礦太陽能電池中可減少非輻射復(fù)合中心，提升載流子壽命和器件效率。
- 提升電池效率和穩(wěn)定性：采用 4FBII 參與的脒基雙分子鈍化策略制備的倒置鈣鈦礦太陽能電池，平均光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）可顯著提高到 25.9%，最佳器件 PCE 為 26.7%，穩(wěn)態(tài) PCE 為 26.5%。在加速壽命測(cè)試中，相關(guān)器件的 T??（器件效率衰減至初始值 90% 所需時(shí)間）為 1130 小時(shí)，操作穩(wěn)定性明顯提升。
一、核心應(yīng)用領(lǐng)域
1. 鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的表面與界面鈍化
4FBII 在鈣鈦礦光伏領(lǐng)域的核心作用是通過化學(xué)鈍化與場(chǎng)效應(yīng)鈍化協(xié)同機(jī)制提升器件效率與穩(wěn)定性。其應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下方面：
- 表面缺陷修復(fù)：通過旋涂法將 4FBII 溶液處理鈣鈦礦薄膜表面，其脒基官能團(tuán)（-C (NH?)=NH）與鈣鈦礦表面的鉛空位（Pb2?）或碘空位（I?）形成強(qiáng)配位鍵，有效減少非輻射復(fù)合中心。時(shí)間分辨光致發(fā)光（TRPL）測(cè)量顯示，經(jīng) 4FBII 處理的鈣鈦礦載流子壽命顯著延長(zhǎng)，器件效率提升至 26.7%。
- 場(chǎng)效應(yīng)鈍化：與丙二酰亞胺二氫碘酸鹽（PDI?）組合使用時(shí)，4FBII 可實(shí)現(xiàn)n 型摻雜，增加鈣鈦礦導(dǎo)帶電子密度，降低界面處的電荷積累，從而提升載流子提取效率。這種協(xié)同鈍化策略使器件的填充因子（FF）從 76.5% 提升至 79.9%。
- 熱穩(wěn)定性增強(qiáng)：脒基配體的 N-H 鍵因共振效應(yīng)具有較高的解離能（>90 kJ/mol），在 85°C 高溫下仍能有效抑制去質(zhì)子化，避免鈍化層降解。加速老化測(cè)試顯示，經(jīng) 4FBII 處理的鈣鈦礦薄膜在 85°C 光照下暴露 1130 小時(shí)后，光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQY）仍保持初始值的 70%，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)銨鹽配體。
2. 高效穩(wěn)定的反式 PSCs 構(gòu)建
在反式（p-i-n）PSCs 中，4FBII 作為鈍化劑的應(yīng)用已取得突破性進(jìn)展：
- 效率與穩(wěn)定性的雙重突破：基于 4FBII/PDI?雙分子鈍化策略的反式 PSCs 實(shí)現(xiàn)了26.7% 的認(rèn)證穩(wěn)態(tài)光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），且在最大功率點(diǎn)（MPP）跟蹤下，器件效率衰減至初始值 90% 所需時(shí)間（T??）長(zhǎng)達(dá) 1130 小時(shí)，是傳統(tǒng)銨鹽鈍化器件的 2 倍以上。
- 大面積制備潛力：在 1.04 cm2 的大面積器件中，4FBII 鈍化的 PSCs 仍保持 25% 的 PCE，顯示其在量產(chǎn)中的可行性。
3. 寬帶隙鈣鈦礦與疊層電池的界面工程
4FBII 的化學(xué)穩(wěn)定性和界面調(diào)控能力使其在寬帶隙（1.6-1.7 eV）鈣鈦礦及全鈣鈦礦疊層電池中具有應(yīng)用潛力：
- 寬帶隙鈣鈦礦優(yōu)化：類似脒基配體（如 4F-HBM）已被證明可通過氫鍵和配位作用調(diào)控鈣鈦礦結(jié)晶，降低界面缺陷密度。推測(cè) 4FBII 可進(jìn)一步提升寬帶隙 PSCs 的效率（目前最高 21.3%），并與低帶隙子電池結(jié)合實(shí)現(xiàn)超過 28% 的疊層效率。
- 界面能級(jí)匹配：4FBII 的高功函數(shù)（約 5.2 eV）可優(yōu)化鈣鈦礦與空穴傳輸層（如 Spiro-OMeTAD）的能級(jí)對(duì)齊，減少載流子注入勢(shì)壘，提升器件開路電壓（V?C）。
二、發(fā)展前景與技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1. 技術(shù)優(yōu)勢(shì)：穩(wěn)定性與效率的平衡
- 抗去質(zhì)子化能力：脒基配體的酸解離常數(shù)（pKa≈12.5）比銨鹽（pKa≈10）高 2 個(gè)數(shù)量級(jí)，顯著降低了在濕熱環(huán)境下的去質(zhì)子化風(fēng)險(xiǎn)，解決了傳統(tǒng)鈍化劑長(zhǎng)期穩(wěn)定性不足的難題。
- 兼容性與普適性：4FBII 可與多種鈣鈦礦體系（如甲脒基（FA）、銫基（Cs）鈣鈦礦）及電荷傳輸層（如 C??、SnO?）兼容，適用于不同結(jié)構(gòu)（n-i-p 或 p-i-n）的 PSCs。
2. 產(chǎn)業(yè)化潛力與政策支持
- 中試線驗(yàn)證：企業(yè)已建成百兆瓦級(jí)鈣鈦礦中試線，自測(cè)效率超過 15%，為 4FBII 的量產(chǎn)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
- 政策驅(qū)動(dòng)：中國(guó)多地（如山東、浙江）將鈣鈦礦技術(shù)納入 “雙碳” 規(guī)劃，明確支持高效鈍化劑的研發(fā)與應(yīng)用，為 4FBII 的商業(yè)化提供政策保障。
3. 挑戰(zhàn)與未來研究方向
- 合成成本優(yōu)化：4FBII 的合成需通過氟苯甲腈與氫碘酸的加成反應(yīng)，目前產(chǎn)率約 60%，需開發(fā)更經(jīng)濟(jì)的路線（如催化加氫或電化學(xué)合成）以降低成本。
- 大面積均勻性：在卷對(duì)卷（R2R）涂布工藝中，需解決 4FBII 溶液的潤(rùn)濕性和干燥動(dòng)力學(xué)問題，確保鈍化層的均勻性。
- 長(zhǎng)期環(huán)境穩(wěn)定性：盡管 4FBII 在 85°C 下表現(xiàn)優(yōu)異，但其在戶外真實(shí)環(huán)境（如高濕度、紫外輻射）中的耐久性仍需進(jìn)一步驗(yàn)證，需結(jié)合封裝技術(shù)（如玻璃 / 聚合物復(fù)合封裝）提升器件壽命至 25 年以上。
三、潛在擴(kuò)展應(yīng)用
1. 光電探測(cè)器與發(fā)光器件
脒基配體的強(qiáng)配位能力和電荷調(diào)控特性可能拓展至其他光電器件：
- 近紅外光電探測(cè)器：類似脒基分子（如 FB-C6）已被用于近紅外二區(qū)（NIR-II）探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)超過 1012 Jones 的比探測(cè)率。4FBII 的氟取代基可能進(jìn)一步優(yōu)化材料的電子傳輸性能，適用于高靈敏度光電探測(cè)。
- 鈣鈦礦發(fā)光二極管（PeLEDs）：通過鈍化鈣鈦礦量子點(diǎn)表面缺陷，4FBII 可提升 PeLEDs 的外量子效率（EQE），尤其在藍(lán)光波段（460-480 nm）可能突破現(xiàn)有 20% 的效率瓶頸。
2. 二維材料與異質(zhì)結(jié)界面工程
4FBII 的分子設(shè)計(jì)策略（氟取代 + 脒基）可遷移至二維材料（如 MoS?、h-BN）的界面修飾：
- 范德華異質(zhì)結(jié)鈍化：通過配位作用修復(fù)二維材料邊緣缺陷，提升異質(zhì)結(jié)的載流子遷移率（>10? cm2/V?s），適用于高速晶體管和邏輯電路。
4FBII 作為脒基配體的代表，憑借其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、界面鈍化能力和場(chǎng)效應(yīng)調(diào)控特性，已成為鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域的明星材料。其在反式 PSCs 中的高效應(yīng)用（26.7% PCE，1130 小時(shí) T??）為鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。未來，隨著合成工藝優(yōu)化和大面積制備技術(shù)的突破，4FBII 有望在鈣鈦礦疊層電池、光電探測(cè)器等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)下一代光電子技術(shù)的發(fā)展。
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