这篇文档属于类型b，是发表在*Nature Energy*上的一篇综述文章（Review Article），题为《Molecular cation and low-dimensional perovskite surface passivation in perovskite solar cells》，由多国合作团队完成，主要作者包括Sam Teale（来自多伦多大学和牛津大学）、Matteo Degani（帕维亚大学）、Bin Chen和Edward H. Sargent（多伦多大学和西北大学）以及Giulia Grancini（帕维亚大学），发表于2024年7月。以下是针对这篇综述的学术报告内容：

主题与背景

本文系统评述了钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells, PSCs）中基于分子阳离子（molecular cation）和低维钙钛矿（low-dimensional perovskite）的表面钝化策略。近年来，PSCs的功率转换效率（PCE）已突破26%，但其稳定性和界面缺陷问题仍是商业化瓶颈。钝化技术通过抑制表面缺陷和接触复合（contact recombination）成为提升效率与稳定性的关键手段，但钝化层的结构差异（分子层vs.二维钙钛矿）及其影响机制尚未被充分阐明。本文旨在厘清这两种钝化模式的成因、电子特性及其对器件性能的差异化作用。

核心观点与论据

1. 钝化层形成的两种机制与结构特征

钝化层可通过直接法（预制备二维钙钛矿堆叠）或间接法（铵盐溶液诱导三维钙钛矿表面转化）制备。间接法中，铵盐阳离子（如苯乙铵离子PEA+）可能形成二维钙钛矿（如PEA₂PbI₄）或仅作为分子层覆盖（图1）。关键区别在于：
- 二维（2D）钝化层：通过取代三维钙钛矿A位点形成Ruddlesden-Popper结构（如R₂Aₙ₋₁PbₙI₃ₙ₊₁），具有量子限域效应（quantum confinement）。
- 分子钝化层：通过氢键或空位填补吸附于表面，无晶体结构转变。
证据：透射电镜（TEM）和荧光光谱（photoluminescence）显示，二维层可能呈共形（conformal）或非共形覆盖（图3）；X射线光电子能谱（XPS）证实低浓度铵盐仅形成超薄分子层（<0.5 nm）15。

2. 二维钝化层形成的热力学与动力学条件

文献总结了六个关键因素（图4）：
- 阳离子特性：电荷、空间位阻（如R₃NH⁺ > R₄N⁺）、链长（3≤碳数≤18）及氢键能力（如苯环增强键合）。
- 工艺参数：溶液浓度（如PEAI >1 mg/mL可触发2D相12）、温度（退火促进转化2）、溶剂极性（极性溶剂如异丙醇IPA溶解PbI₂，促进准二维相24）。
- 钙钛矿组成：无机CsPbX₃抵抗阳离子嵌入，而FA/MA基钙钛矿更易转化28。
证据：密度泛函理论（DFT）计算表明二维相形成能更低7；原位XRD显示PEAI处理后在加热时出现PEA₂PbI₄衍射峰2。

3. 钝化机制对光伏性能的影响

• 缺陷钝化：铵盐通过填补A位空位（A-site vacancies）和氢键消除间隙缺陷（interstitial defects），减少非辐射复合（图6a–b）。
  证据：钝化后器件开路电压（VOC）提升60 mV以上，但量子产率（PLQY）增幅低于预期，表明界面陷阱（interface traps）的协同作用更为关键（图6c）34,38。
  
• 能带调控：二维层通常阻挡电子传输（图7a–b），导致n-i-p结构效率提升而p-i-n结构下降（图5）；分子层可通过偶极矩（dipole moment）调节能带弯曲（如CF₃-PEA⁺加深能级）28。
  
• 载流子提取：二维层需垂直取向（vertical alignment）或n≥3的准二维结构以降低量子限域阻力50；分子层则依赖轨道耦合增强隧穿效应45。
  

4. 钝化策略对稳定性的差异化贡献

• 二维层优势：疏水性（hydrophobicity）阻隔水分66；层状结构抑制离子迁移72。证据：CsPbI₃/Cs₂PbI₂Cl₂异质结器件在110°C下T80寿命达2100小时25。
  
• 分子层潜力：强锚定配体（如三氟苯铵）可避免二维相降解，实现>2年T80（35°C等效）20。
  争议点：二维层长期稳定性受限于阳离子（如PEA⁺）向体相渗透（活化能36.6 kJ/mol）21,76；高pKa阳离子（如甲脒衍生物）可抑制胺类副反应78。
  

5. 规模化挑战与替代工艺

溶液法难以精准控制反应时间，需开发气相沉积（vapor deposition）62或直接堆叠技术4。案例：真空沉积2D/3D异质结效率未提升65，而模块化分子钝化（如二铵盐）已实现21% PCE的26 cm²组件42。

意义与价值

1. 学术价值：首次系统区分二维与分子钝化的形成条件及作用机制，弥补了领域内对钝化层结构认知的空白。
   
2. 应用指导：提出二维层适用于n-i-p结构，而分子层兼容p-i-n结构；强调配体设计需权衡钝化强度与离子迁移阻力。
   
3. 工业前景：为稳定性>25年的商业化目标提供了钝化优化路径，如开发全无机二维层25或高pKA阳离子78。
   

亮点

• 多尺度关联：从分子热力学（DFT）到器件性能（PCE>26%1）的全链条分析。
  
• 争议解析：厘清文献中PEAI处理结果的矛盾（是否需退火2,5）。
  
• 前瞻观点：指出二维层动态演化（n=1→n≥2）可能成为稳定性隐患76，需开发原位表征技术。
  

此综述为钙钛矿太阳能电池的界面工程提供了理论框架与实践指南，对下一代高效稳定器件的设计具有里程碑意义。