介绍
甲脒氢溴酸盐（Formamidinium Bromide, FABr）的作用机制被归为表面宽禁带钝化层的构建；经其处理可在钙钛矿薄膜内部形成溴元素梯度分布，构建连续变化的梯度能带结构，在抑制载流子复合的同时促进电荷输运，实现电池开路电压与转换效率的显著提升。
图一 甲脒氢溴酸盐
在钙钛矿电池的应用
卤化胺盐后处理仅作用于钙钛矿薄膜表面，通过大体积阳离子反应形成二维钙钛矿钝化层。该研究以组成为(CsPbI3)0.05((FAPbI3)1−x(MAPbBr3)x)0.95的混合阳离子钙钛矿为研究对象，通过截面透射电子显微镜结合能谱分析（TEM-EDS）证实：经 5 mg/mL 的 FABr 异丙醇溶液旋涂、150℃退火处理后，Br 元素并非仅富集于薄膜表面，而是呈现从表面向内部逐渐降低的连续梯度分布，改性效果覆盖整个钙钛矿吸收层。
图二 带有和不带甲脒氢溴酸盐处理的钙钛矿薄膜的横截面高分辨率透射电子显微镜以及对应的EDS映射
这一梯度分布的形成源于溶液处理的溶解 - 重结晶过程：甲脒氢溴酸盐溶液中的异丙醇溶剂会轻微刻蚀钙钛矿表层晶格，Br 离子可沿晶界向薄膜内部扩散；后续退火过程中，扩散进入的 Br 离子取代部分 I⁻位点，参与钙钛矿的重结晶过程，最终形成深度方向的 Br 浓度梯度。X 射线衍射（XRD）结果显示，处理后的薄膜未出现新的物相衍射峰，证明 Br 是以掺杂形式进入钙钛矿晶格，而非生成独立的新相；同时薄膜中残留 PbI₂的衍射峰强度显著降低，表明 FABr 可与未反应的残留 PbI₂发生反应，优化薄膜物相组成。此外，Br⁻与 I⁻的离子半径差异会引入轻微晶格应变，使钙钛矿特征衍射峰的半峰宽略有增大。
图三 经与未经甲脒氢溴酸盐处理的钙钛矿薄膜的XRD图
梯度能带结构的载流子调控机制
随着表层 Br 含量升高，钙钛矿的功函数显著降低，价带顶位置轻微上移；结合薄膜深度方向的 Br 梯度，整个钙钛矿吸收层内部形成了连续的费米能级梯度。这种梯度能带结构对载流子输运与复合具有双重调控作用：一方面，费米能级梯度为光生电子提供了额外的内建驱动力，推动电子自发地向电子传输层（ETL）方向迁移，显著提升电荷提取效率。在镀有 SnO₂电子传输层的衬底上，FABr 处理后的钙钛矿薄膜荧光寿命从 338.3 ns 大幅缩短至 104.8 ns，直接证明电子向 ETL 的注入速率显著加快。
另一方面，梯度能带能够有效抑制吸收层内部与界面处的载流子直接复合。宽禁带的表层区域可提升准费米能级分裂程度，从热力学上提高开路电压的上限；同时能带弯曲形成的载流子输运驱动力减少了载流子在体内的停留时间，降低了被缺陷捕获的概率。纯玻璃衬底上的钙钛矿薄膜经甲脒氢溴酸盐处理后，荧光寿命反而从 840.8 ns 降至 671.8 ns，这一现象并非缺陷密度升高导致，而是梯度能带驱动下载流子扩散运动增强的结果。
图四 能带对齐示意图
提升器件光伏性能
基于甲脒氢溴酸盐界面工程，制备了结构为 FTO/SnO₂/ 钙钛矿 / Spiro-OMeTAD/Au 的 n-i-p 型钙钛矿太阳能电池，器件光伏性能实现全面优化。最优 FABr 处理的器件开路电压（VOC）从 1.07 V 提升至 1.11 V，填充因子（FF）从 75.7% 提升至 78.3%，光电转换效率（PCE）从 18.98% 提升至 20.16%；受带隙拓宽导致吸收边蓝移的影响，短路电流密度（JSC）从 23.32 mA/cm²轻微降至 23.22 mA/cm²，整体仍保持优异水平。处理后器件的反向饱和电流密度（J0）从6.2×10−7 mA/cm2大幅降至3.6×10−10 mA/cm2，二极管理想因子也有所降低，直接证明载流子复合得到了有效抑制。
器件在最大功率点处的稳态效率可达 19.71%，且未出现明显的电流滞后现象。在暗态、25℃、相对湿度 15% 的环境中存储 2000 小时后，两组器件均保留约 85% 的初始效率。甲脒氢溴酸盐的处理浓度存在最优区间。浓度过低无法形成有效的梯度结构，钝化与能带调控效果不足；浓度过高则会导致钙钛矿带隙过度拓宽，造成短路电流的显著损失。5 mg/mL的浓度实现了电压提升与电流损失的最佳平衡[1]。
参考文献
[1] XUAN Z P, HAO X, QU X L, et al. Efficient perovskite solar cells with a gradient light absorption layer and low VOC loss obtained by interface engineering[J]. ACS Appl Energy Mater, 2021, 4: 3584-3592.