钙钛矿太阳能电池（PSCs）因高效率与低成本成为太瓦级应用的光伏候选技术，但其商业化受限于表面缺陷钝化的可重复性问题。钙钛矿表面状态易受温度、湿度、化学计量比等微小波动影响，导致传统钝化策略的最优浓度（C*）难以稳定实现。现有方法在批次、实验室间差异显著，亟需一种对偏差具有高耐受性的普适性钝化方案。
针对以上难题，西湖大学王睿携手浙江大学薛晶晶等研究者提出一种基于氟化异丙醇（FIPA）的饱和钝化（SP）策略，通过两步法实现钙钛矿表面缺陷的完全钝化：首先使用高浓度钝化剂（溶于FIPA）确保与缺陷充分作用，随后以FIPA/IPA混合溶剂清洗去除过量分子。FIPA可显著降低钝化剂与钙钛矿的反应活性，允许使用高浓度钝化剂而不影响电荷传输。该策略对钝化剂浓度偏差、器件结构（n-i-p/p-i-n）、钙钛矿组分（如Cs/FA/MA基）及面积（最高1 cm²）均表现出高耐受性，实现了25.6%（n-i-p低带隙）至26.0%（p-i-n低带隙）的功率转换效率（PCE），为大规模生产提供了可重复的解决方案。
相关研究成果以“Fluorinated isopropanol for improved defect passivation and reproducibility in perovskite solar cells”为题，于2025年6月9日发表在Nature Energy上。西湖大学研究助理教授王思思为论文第一作者。
薛晶晶，浙江大学材料科学与工程学院、硅材料国家重点实验室“百人计划”研究员、博士生导师。2016年9月于南京大学化学化工学院取得学士学位，2020年5月于加州大学洛杉矶分校材料科学与工程学院取得博士学位，师从半导体光电材料与器件领域国际著名学者Yang Yang教授，期间曾赴斯坦福大学材料科学与工程学院崔屹教授课题组访学，博士毕业后在加州大学洛杉矶分校继续博士后研究工作。于2021年全职加入浙江大学材料科学与工程学院。目前主要从事金属卤化物钙钛矿光电材料与器件研究。先后共发表SCI论文40余篇，其中以第一或通讯作者在Science、Nature、Nat. Photon.、Nat. Chem.、Nat. Energy、Nat. Comm.、Nat. Rev. Mater.、Adv. Mater.、Joule、J. Am. Chem. Soc.等期刊发表学术论文近20篇。
王睿，西湖大学工学院助理教授，独立PI，2015年获吉林大学工学学士学位，2016年获加州大学伯克利分校硕士学位。2016.9-2019.12就读于加州大学洛杉矶分校，师从Yang Yang教授，获博士学位。随后在加州大学洛杉矶分校继续博士后研究工作。2021年4月全职加入西湖大学工学院。长期从事第三代太阳能电池的研究工作，主要研究方向: （1）钙钛矿光电器件的制备与表征：包括太阳能电池（单节，叠层），发光二极管，以及光电探测器等（2）钙钛矿材料的稳定性和缺陷态的机理研究（3）寻找新型有机无机杂化光伏材料（4）其他光伏电池研究。曾以第一作者或通讯作者身份在Nature、Science、Nature Photonics、Joule、Advanced Materials、JACS、Matter、Nano Letters等杂志发表论文40余篇。
图1 钝化剂渗透与插层行为
图1通过角分辨X射线光电子能谱（AR-XPS）分析了不同模式沉积的钝化剂（PEAI）在钙钛矿中的深度分布。结果表明：传统钝化（CP）模式下，PEAI呈梯度分布且受浓度显著影响；而FIPA饱和钝化（SP）模式（50 mM）结合清洗步骤可有效去除深层PEAI（C–N/FA N比趋近于0）。XRD与SEM进一步证实FIPA抑制了PEAI与钙钛矿的反应性及二维相生成，保障了界面电荷传输效率。
图2 反应活性抑制机制
图2通过FTIR、固态NMR及DFT计算揭示了FIPA降低钝化剂反应活性的机理。FTIR显示FIPA的F原子与PEAI的铵基形成强H-F氢键（NMR中0.3 ppm位移），竞争性抑制了PEAI与PbI₂的作用。实验证实：DIPA（氘代IPA）虽形成更强氢键，却未能阻止PbI₂与PEAI反应，说明FIPA的氟基氢键受体特性（非羟基作用）是降低反应性的关键。
图3 SP策略的优化与验证
图3通过调控FIPA清洗步骤中的IPA体积分数（φIPA）优化钝化效果。PL光谱显示含5–40% IPA的混合溶剂清洗后，钙钛矿薄膜非辐射复合显著抑制（PL强度提升）。器件效率在φIPA=20%、PEAI浓度20–100 mM时稳定达25%（远超参比器件22%）。多种钝化剂（如OATsO）验证了该方案的普适性，其中OATsO-SP器件实现25.56%的冠军效率（VOC=1.185 V, FF=81.49%）。
图4 SP策略的普适性验证
图4展示了SP策略在不同器件中的广泛适用性：对n-i-p/p-i-n结构（图4a–d）、宽/窄带隙组分（图4b–c, e）、空气/氮气制备（图4f）及1 cm²大面积器件（图4g–h）均显著提升PCE（最高26.0%）。浸渍法替代旋涂（图4i）效果相当，证实其与规模化工艺兼容。该策略跨越组分、工艺、气氛与结构的性能增益（图4j），凸显了其在工业化应用中的潜力。
该项研究提出的饱和钝化策略通过FIPA溶剂与钝化剂间的强H-F氢键作用抑制其过度反应，结合两步清洗工艺克服了因表面状态波动导致的钝化效果不一致问题。该方案在多种钙钛矿器件中实现了高效稳定的性能（最高PCE 26.0%），并展现出优异的普适性（适用于不同组分、制备方法及气氛）和操作稳定性（>1000小时）。该工作为钙钛矿太阳能电池的工业化量产提供了关键技术支持。
Wang, S., Tian, W., Cheng, Z. et al. Fluorinated isopropanol for improved defect passivation and reproducibility in perovskite solar cells. Nat Energy (2025). https://doi.org/10.1038/s41560-025-01791-z