1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷用于提高钙钛矿膜稳定性

钙钛矿太阳能电池（PSC）器件效率的快速增长对解决其长期稳定性提出要求，长期稳定性使PSC商业化受到限制，其中，暴露于水分中的不稳定性一直是主要问题之一。研究人员通过可水解疏水分子（1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷，PFTS）对钙钛矿薄膜进行钝化，建立了双重屏障，阻止其水分降解^[1]。

作用原理

表面水解后的1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷衍生的低聚物层增加了钙钛矿膜的疏水性，可以作为防止水分入侵的有效屏障。薄膜在湿气中的长期暴露可以形成二次壁，该二次壁存在于晶界处，有利于缺陷钝化，以进一步提高湿度稳定性。这种逐步水解有助于将PSC的开路电压从原来的1.136V提高到1.205V。具有双重阻隔层的PSC表现出优异的水分稳定性，更好的热稳定性和光稳定性，以及高达21.34％的最佳光电转换效率。

实验结果

在70％相对湿度下暴露16天后，1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷改性膜的PL强度约为新鲜膜的PL强度的四倍。这意味着在潮湿的薄膜老化过程中可能会发生进一步的缺陷钝化，这被认为是由于未完全水解的PFTS可以通过与渗透的水分反应形成亲电Si-OH键而进一步水解，从而钝化GBs处的缺陷。为了验证钙钛矿膜中PFTS的不完全水解和缩合，对改性膜（PFTS-10，在70％相对湿度下的暴露时间超过15天）进行了XPS深度分布表征。在表面上未观察到Cl信号，表明表面PFTS已完全水解并浓缩形成低聚物（Si-O）。相比之下，XPS光谱显示PFTS改性膜内部有四个Cl 2p峰和两个Si 2p峰，表明存在有机Si-Cl基团，可以进一步与渗透水和 形成Si-OH基团的水分，可深度钝化GBs处的缺陷并保护钙钛矿晶粒。

参考文献

[1] Double Barriers for Moisture Degradation: Assembly of Hydrolysable Hydrophobic Molecules for Stable Perovskite Solar Cells with High Open-Circuit Voltage.Adv.Funct. Mater.2020,2002639.