无机钙钛矿太阳能电池（IPSCs），尤其是CsPbI₃₋ₓBrₓ体系，因热稳定性优异和带隙可调，在叠层和柔性光伏中备受关注。然而，溴掺杂引起的晶格畸变导致大量碘空位和欠配位Pb²⁺缺陷，严重制约载流子寿命和开路电压；同时，光活性α相在湿热环境下易转变为非活性δ相，百小时内效率衰减过半。传统离子液体或量子点修饰往往只针对缺陷或相稳定性单一方面，难以协同调控界面行为，因而陷入效率与稳定性的取舍困境。美能大平台钙钛矿电池PL测试仪通过无接触式测试，监测各个工艺段中的异常，了解单节叠层钙钛矿电池的缺陷分布信息。

本研究设计了一种多功能手性分子R/S-N-（9-芴甲氧羰基）-烯丙基甘氨酸（RAC-NFA），其羧基和羰基可配位钝化Pb²⁺缺陷，Fmoc芳香基团则包覆晶界，抑制相变和水分渗透。通过对比R-NFA、S-NFA及其外消旋混合物RAC-NFA，揭示外消旋体兼具热力学相容性和立体化学互补性，如同“万能钥匙”匹配多晶表面各异的手性微环境，实现最大表面覆盖。

实验方法与表征手段

将R-NFA、S-NFA或RAC-NFA溶于异丙醇，旋涂于钙钛矿薄膜表面。采用圆二色光谱验证手性，密度泛函理论计算结合能与缺陷形成能，扫描电镜和原子力显微镜观察形貌，X射线衍射分析结晶性，傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱验证分子-钙钛矿相互作用，光致发光和时间分辨光致发光评估载流子复合，瞬态吸收光谱研究界面提取动力学，紫外光电子能谱测定能级变化，最后制备完整器件（FTO/TiO₂/Perovskite/Spiro-OMeTAD/Au）测试光伏性能。

钝化机制与分子设计验证

(a) 手性NFA分子的化学结构。(b) SNFA、RNFA和RACNFA在乙醇溶液中的圆二色光谱。(c) ESP分布图。(d) 通过DFT计算的RNFA、SNFA和RACNFA与钙钛矿的结合能。(e) 未修饰与RACNFA修饰情况下碘空位（Vᵢ）的缺陷形成能。(f) “锁钥”立体选择性钝化机制示意图

圆二色光谱确认S-NFA和R-NFA在260 nm处呈镜像对称信号，RAC-NFA无信号。静电势分布显示，负电势集中区域位于羰基和羧基的两个C=O基团，这些富电子位点与欠配位Pb²⁺形成强电子耦合。

DFT结合能顺序为R-NFA（-2.18 eV）＜S-NFA（-2.49 eV）＜RAC-NFA（-2.63 eV），RAC-NFA的结合能最负，钝化潜力最佳。进一步模拟发现，若将对映体置于空间错配位点，结合能降至-2.10 eV，证明立体匹配的重要性。碘空位形成能计算表明，RAC-NFA修饰后形成能显著提高，缺陷更难生成。Fmoc疏水基团同时增强薄膜耐湿性，且RAC-NFA优化了界面能带排列，协同抑制非辐射复合。

薄膜形貌与结晶性改善

(a) 未修饰以及经RNFA、SNFA、RACNFA修饰的钙钛矿薄膜的俯视SEM图像。(b) 使用Nano Measurer软件统计的晶粒尺寸分析。(c) 参考薄膜与RACNFACsPbI₃₋ₓBrₓ薄膜的AFM图像。(d) 参考薄膜与RACNFACsPbI₃₋ₓBrₓ薄膜的KPFM图像

扫描电镜显示，对照薄膜存在明显针孔和颗粒物，经R-NFA、S-NFA和RAC-NFA处理后针孔大幅减少，平均晶粒尺寸从0.31 μm分别增大至0.37、0.41和0.48 μm，说明分子填充缺陷并促进晶粒生长。原子力显微镜测得表面粗糙度从对照组的21.3 nm降至17.4、15.0和13.9 nm，这与晶界选择性吸附有关。开尔文探针力显微镜显示RAC-NFA薄膜接触电位差（29.2 mV）低于对照组（31.4 mV）。X射线衍射证实钝化后（110）峰强度增强、半峰宽变窄，且2.5 mg/mL为最优浓度，结晶质量最佳。

分子-钙钛矿化学相互作用

(a) RACNFA和RACNFA+PbI₂的FTIR光谱(b)未处理及RACNFA处理的钙钛矿薄膜与纯RACNFA的XPS：Pb 4f能级(c) I 3d能级(d) O 1s能级

FTIR谱中，纯RAC-NFA的C=O特征峰（1659.51和1711.21 cm⁻¹）在与PbI₂混合后发生明显红移，说明C=O键因与Pb²⁺配位而减弱。XPS分析发现，RAC-NFA处理后Pb 4f峰（143.64和138.76 eV）移至142.93和138.09 eV，I 3d峰也发生类似负移，表明Pb原子周围电子密度增加，证实电荷转移。O 1s谱中，纯RAC-NFA的O-C=O和-COOH峰（532.40和533.89 eV）在修饰后移至532.04和533.57 eV，进一步证实氧原子参与配位。以上结果一致表明RAC-NFA与钙钛矿表面发生强化学键合。

载流子动力学与能级调控

(a)未处理以及经RNFA、SNFA、RACNFA处理的无机钙钛矿薄膜的PL光谱。(b)对应的TRPL光谱。(c)具有CsPbI₃₋ₓBrₓ（RACNFA）/SpiroOMeTAD结构的样品的TRPL光谱。(d)未经过RACNFA处理的钙钛矿薄膜的fsTA光谱二维伪彩色图。(e)经过RACNFA处理的钙钛矿薄膜的fsTA光谱二维伪彩色图。(f)钙钛矿薄膜及钙钛矿/SpiroOMeTAD界面的TA衰减动力学曲线。(g)有无RACNFA处理的CsPbI₃₋ₓBrₓ钙钛矿太阳能电池的能级排列图。(h)暗态JV曲线。(i)MottSchottky曲线

稳态PL测试中，NFA处理后的薄膜发光强度显著增强，顺序为R-NFA＜S-NFA＜RAC-NFA，非辐射复合受到抑制。TRPL测得平均载流子寿命从对照的64.67 ns延长至R-NFA的167.96 ns、S-NFA的191.44 ns和RAC-NFA的284.21 ns，归因于缺陷态被有效钝化。

在钙钛矿/Spiro-OMeTAD双层结构中，RAC-NFA薄膜PL猝灭最快，表明空穴提取效率提高。fs-TA光谱显示，RAC-NFA薄膜的衰减寿命（27.15 ns）长于对照（24.67 ns），在存在Spiro-OMeTAD时，其基态漂白信号衰减更快（2.01 ns对比3.76 ns），证明界面空穴转移加速。

UV-vis吸收光谱显示吸收增强但带隙保持1.74 eV不变。UPS测试表明RAC-NFA使价带最大值上移，能级排列更有利于空穴注入。暗态J-V曲线中RAC-NFA器件饱和电流密度更低，Mott-Schottky分析显示内建电势从1.09 V升至1.17 V，促进载流子分离。

器件性能与稳定性

(a)未修饰以及经RNFA、SNFA、RACNFA修饰的CsPbI₃₋ₓBrₓ钙钛矿太阳能电池在反向扫描下的JV曲线(b)从多个批次制备的140个独立器件收集的光伏参数箱线图(c) JV迟滞特性曲线(d)稳态功率输出曲线(e)有无RACNFA处理的CsPbI₃₋ₓBrₓ钙钛矿太阳能电池的EQE光谱及积分光电流(f)未经过和(g)经过RACNFA处理的电子only器件的SCLC模型(h)活性面积为1.0 cm²的RACNFA处理钙钛矿太阳能电池的JV曲线

在最优浓度下，冠军器件PCE达22.19%，VOC为1.274 V，JSC为20.68 mA/cm²，FF为84.24%，全面优于未处理及单对映体修饰器件。140个独立器件统计验证了结果的重复性和显著性。

迟滞指数从5.46%降至4.17%。稳态功率输出显示RAC-NFA器件维持在21.49%，对照仅18.95%。EQE积分电流与J-V测试高度吻合。SCLC测试表明RAC-NFA处理大幅降低陷阱密度。

稳定性方面，在恒温恒湿（20-25°C，RH 30-40%）储存800 h后，RAC-NFA器件保持初始效率的90.65%，对照仅剩50.04%；连续光照250 h后，RAC-NFA器件效率保留89.91%，远优于对照。

RAC-NFA外消旋手性分子通过“锁钥”立体选择性钝化机制，与欠配位Pb²⁺强配位，提高碘空位形成能，降低陷阱密度约一个数量级。同时，Fmoc疏水基团在晶界构筑致密防潮层，抑制相变。这一协同效应显著提升结晶质量、增大晶粒、平滑表面、优化能带，最终将器件效率推至22.19%，并在湿热和连续光照下表现出优异的长效稳定性。该策略为破解无机钙钛矿光伏的效率-稳定性矛盾提供了新路径，也为多功能界面修饰剂的设计提供了理论基础。

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原文参考：Chiral Molecular Engineering for Synergistic Defect Passivation and Phase Stabilization Enables 22.19%-Efficient Inorganic Perovskite Solar Cells