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在之前的文章中，我們解釋過何為?“表面缺陷”，何為“鈍化”。鈣鈦礦電池的核心鈣鈦礦分子有著獨特的ABX3結構，組成它的離子構成了一個八面體晶格結構。?

但現實里制備鈣鈦礦電池的過程中，經常會發生“缺失”，比如缺一個A離子、少一個B離子——這樣的情況，被統稱為缺陷。就像墻上有很多裂縫，表面缺陷會導致電池能量流失，降低效率。缺陷可以通過使用鈍化劑 “鈍化”來解決，即讓“缺失”的部位補上，或者是讓這個缺失更難形成。在 “出廠”走向大規模應用之前，鈣鈦礦電池都需要經過表面缺陷鈍化。?

然而，做好 “表面功夫”，其實最難。 鈣鈦礦電池，有點像情緒不太穩定的任性小孩。再精心設計的鈍化劑，也敵不過它的 “川劇變臉”。

鈣鈦礦的表面狀態常常在不同批次、使用者和實驗室之間發生變化，這主要歸因于加工歷史和環境條件的波動，如溫度、化學計量比、濕度及溶劑蒸發引起的微環境等輕微變化。這些通常是無法避免的波動，卻可能導致鈣鈦礦表面狀態的顯著差異。?

“今天鈍化時電池效率是25%，明天效率變22%了。”?

兩年前，還在王睿課題組做博后的王思思經常面對這樣令人頭疼的”玄學難題”：為一個鈣鈦礦調好了鈍化劑的濃度，微環境有了一點小小的變化，鈣鈦礦電池表面狀態就發生了很大變化，又得重新調整鈍化劑的濃度。?

當表面缺陷多，鈍化劑濃度過低，可能導致缺陷鈍化不徹底；當表面缺陷少，鈍化劑濃度過高，其可能滲入鈣鈦礦電池太深或與其 “過度反應”，破壞了電池的3D主體結構，生成過多低維相鈣鈦礦。?

低維相鈣鈦礦是傳統三維鈣鈦礦結構在維度上降低的衍生物，是表面缺陷鈍化過程中容易生成的產品，它雖然能夠鈍化缺陷，降低非輻射復合（光照射電池后，電荷白白消失而非轉化為電能或光），但是過多的存在反而會導致電池導電性暴跌、能量浪費、電阻暴增，降低了電池效率，致使電池性能不穩定。?

總之，鈍化這一步，簡直像開盲盒。

這種“玄學”難題，也被稱為鈍化的不可重復性，對于王思思以及眾多研究者來說是很大的困擾，對于工業生產來說則更是致命的缺陷。

因此，開發一種能夠容忍偏差、在不同情境下普遍有效的鈍化策略，對于維持鈣鈦礦電池表面缺陷鈍化的持續有效性，推動鈣鈦礦太陽能電池的工業大規模生產具有至關重要的意義，但這一目標依然面臨巨大的挑戰。?

雖說重復的失敗是研究道路上的家常便飯，但王思思不甘就此停止。?

“它變我也變。”?

王思思想換一種思路。 “鈍化過程中就是有不可控制的因素，鈣鈦礦電池就是會動態地變化，那有沒有可能，存在一種能夠回應動態變化的同樣動態的策略？”?

也許，這個策略應該交由鈣鈦礦自己來 “定” 。王思思決定，與其控制鈣鈦礦電池，不如“給它自由”，給它一次自主選擇的機會。?

傳統的鈍化策略（CP策略）是“連續涂布” 或 “常規涂布”，即將固體、液體或氣體的鈍化劑 “滴”在鈣鈦礦薄膜表面（旋涂法），或將鈣鈦礦浸泡在鈍化劑中（浸漬法），都可以達到缺陷鈍化的效果。但這一鈍化策略的效果對操作條件（比如鈍化劑濃度、涂布速度等）非常敏感，稍有不慎就會導致鈍化劑分布不均勻或滲透過深，從而致使電池效率折損。?

這也被稱作操作窗口狹窄。想象開車通過一條隧道，操作窗口大小好比隧道寬度，而你的工藝參數波動范圍就好比車身寬度。隧道越寬（操作窗口越大），車身越不容易撞墻（工藝失敗）。?

使用CP策略，需要精準確認鈍化劑濃度。那么，如果一開始先給濃度高一點、劑量多一點的鈍化劑，讓鈣鈦礦電池自己選擇自己所需要的鈍化劑，再用洗滌劑洗去“它不要的”、剩下的鈍化劑，這樣，操作窗口是不是會變得更大，鈍化也變得更方便、更有效？?

王思思花了2年的時間，終于探索出了一種自適應飽和鈍化策略（SP策略）：先使用高濃度鈍化劑——氟化異丙醇（FIPA）溶液處理鈣鈦礦表面，然后通過異丙醇 (IPA) 和FIPA的混合溶劑沖洗去除多余的鈍化劑，確保鈣鈦礦電池的表面缺陷完全鈍化，并形成一層薄薄的低維鈣鈦礦，既不干擾電荷傳輸，又最大化了缺陷鈍化效果。此外，這種策略還能有效擴大操作窗口。

為何SP策略能達到看似如此完美的鈍化效果？答案，都在FIPA溶劑里。

FIPA溶劑

研究人員通過X射線衍射和掃描電子顯微鏡分析發現，氟化異丙醇 （FIPA）能夠有效抑制鈍化劑的滲透性和反應性，抑制了低維相鈣鈦礦的形成，從而有效擴大了操作窗口，使該策略具有較高的容忍性，能夠應對鈍化劑濃度偏差。

原理是什么？當使用傳統IPA溶劑時，有機銨鹽鈍化劑（比如PEAI鈍化劑，結構簡式為 R-NH??X?）中的N-H鍵能與IPA溶劑中的-OH發生氫鍵作用。而FIPA溶劑的結構中不僅含有-OH，還含有-F原子（氟原子），這個-F原子也會與N-H形成氫鍵作用。

這意味著，當進行鈍化操作時，FIPA溶劑中的-OH和-F會像兩只有力的手，“爭相”拉著鈍化劑中的N-H鍵，-F作為氫鍵受體會導致N-H鍵被過度削弱，讓其結構中帶正電的H?（質子）脫落，即 “脫質子化”，從而導致鈍化劑反應性降低。

這樣，帶FIPA的洗滌劑就會在鈣鈦礦電池選取了足夠的“藥”（即鈍化劑）之后，及時反應掉電池不再需要的“藥”，防止這些“藥”與它過度反應，產生“副作用”。

雖然決定了讓鈣鈦礦 “自己選擇” 鈍化劑，但鈍化、洗滌分別使用什么溶劑，依然需要人為設計。

這個過程中，研究團隊像調雞尾酒那樣調制了鈍化劑和洗滌劑?。

在鈍化時，為什么選擇用FIPA溶劑而非IPA溶劑？在洗滌時，為什么選用IPA和FIPA的混合溶劑而非純IPA或純FIPA溶劑？ 這可不是隨便選的。

就像是調制雞尾酒，每次加什么酒、加多少酒，都有講究，且需要排列組合、反復試驗。

研究人員將IPA和FIPA輪流作為鈍化劑和洗滌劑的溶劑，嘗試了四種 “鈍化+洗滌”的組合——IPA鈍化+IPA洗滌、FIPA鈍化+FIPA洗滌、IPA鈍化+FIPA洗滌、FIPA鈍化+IPA洗滌。

結果發現，單用IPA或FIPA鈍化和洗滌，效果都不太理想：IPA就像更烈的酒，容易“反應過猛”，生成有害的低維相鈣鈦礦；FIPA就像更溫和的酒，雖降低了反應性，但容易修復不完表面缺陷。

但如果像調制雞尾酒那樣將IPA和FIPA混合著用，則可以中和兩者的“優缺點”。“IPA鈍化+FIPA洗滌”的組合有效降低表面非輻射復合，而“FIPA鈍化+IPA洗滌”的組合在降低界面電阻方面有優勢。

進一步，他們調雞尾酒的過程也詳細地說明了：與傳統CP策略相比，升級版SP策略提供了更廣泛的操作窗口：它適用于多種鈍化劑，且能夠調節鈍化劑的反應性；也適用于多種鈣鈦礦組成和器件結構，在不同薄膜制備方法以及不同環境條件下都具有通用性，并使鈍化后的鈣鈦礦電池表現出了顯著的光電轉換效率，還提升了電池的性能穩定性。

當王思思小心翼翼的給鈣鈦礦電池分別滴上2滴不同的溶液，王睿團隊2年多的研究成果也迎來了曙光。通過“傾聽材料自己的聲音”，團隊為鈣鈦礦電池這一“任性天才”找到了“自主選擇"的缺陷鈍化方案，攻克了長期困擾學界和業界的可重復性難題。?

“我們之前的研究都是人為給鈣鈦礦電池設計鈍化劑的濃度，把我們的想法 ‘加’在它身上。這次，決定讓鈣鈦礦自己選擇自己需要的鈍化劑。方法是，先放很多高濃度鈍化劑，然后通過一種溶劑把多余的鈍化劑洗掉，這樣鈣鈦礦就會自己留下自己需要的鈍化劑，就像 ‘缺多少藥就拿多少藥’。” 王睿笑著說， “因為鈣鈦礦是最懂鈣鈦礦自己的人。”?

如果說去年2月的研究更注重鈍化效果的持久性，那么這次的研究則強調鈍化效果的可重復性，可以理解為鈍化操作工藝的標準化。當鈍化操作不再因鈣鈦礦電池的“任性”而不可重復，也就意味著電池生產效率的提高，能更快地落地、應用。?

我們也仿佛看到實驗室內這一抹小小的亮光，正在照亮實驗室外更廣闊的天地。?