硼氢化物盐的双重作用：提升钙钛矿太阳能电池性能与稳定性的创新策略

《Sustainable Energy & Fuels》：The dual role of borohydride salts in enhancing perovskite solar cell performance and stability

本综述深入探讨了硼氢化物盐（KBH4/NaBH4）在钙钛矿太阳能电池（PSC）中的双重功能：一方面通过还原I2为I?抑制前驱体溶液氧化，另一方面通过提升薄膜结晶度、钝化缺陷增强器件稳定性。研究表明NaBH4因更强还原性及钠离子（Na+）的晶格稳定作用，使未封装电池在60%湿度下保持900小时稳定性，效率达20.1%，为PSC商业化提供新思路。

　　

引言

钙钛矿太阳能电池（PSC）因其高效率与不断提升的稳定性成为研究热点，但其实际应用仍受材料降解问题制约。关键挑战在于前驱体溶液中碘化物（I^?）氧化生成碘单质（I₂）和碘三离子（I₃^?），引发钙钛矿分解及缺陷形成。本研究创新性地引入硼氢化物盐（钾硼氢化物KBH₄与钠硼氢化物NaBH₄）作为添加剂，通过双重作用机制——还原氧化碘物种与提升薄膜质量，显著增强器件性能与寿命。

结果与讨论

1. 氧化抑制机制验证

紫外-可见吸收光谱显示，添加硼氢化物的甲脒碘化物（FAI）溶液在空气中老化6小时后，365纳米处表征I₂生成的吸收峰消失，证实硼氢化物将I₂还原为I^?（反应式：I₂+ 2BH₄^?+ 2H₂O → 2I^?+ 2B(OH)₃+ 3H₂↑）。即使向已氧化的黄色FAI溶液加入硼氢化物，溶液也能迅速恢复透明，直观证明其逆向还原能力。

2. 薄膜形态与晶体结构优化

扫描电镜（SEM）表明，添加NaBH₄的钙钛矿薄膜晶粒尺寸达960纳米，较参比样品（630纳米）显著增大，且老化3个月后仍保持完整无孔洞结构。X射线衍射（XRD）显示NaBH₄薄膜衍射峰强度更高，结晶度提升，且老化后δ相（δ-FAPI）生成量远低于参比样品。

3. 光学与电学性能提升

光致发光（PL）光谱中，NaBH₄薄膜的PL强度在老化3个月后反而增强，说明其有效抑制非辐射复合。制备的N-I-P结构太阳能电池（ITO/SnO₂/钙钛矿/Spiro-OMeTAD/Au）中，NaBH₄器件在60%湿度下老化900小时后仍保持90%以上初始效率（最高效率20.1%），而参比器件500小时内完全失效。理想因子分析进一步揭示，NaBH₄器件老化后理想因子始终低于2，表明其复合机制以良性界面复合为主，延缓了不可逆降解。

结论

硼氢化物盐通过化学还原与晶体调控双途径，有效解决钙钛矿前驱体溶液氧化及薄膜缺陷问题。其中NaBH₄凭借更强还原性、钠离子晶格稳定作用及缺陷钝化优势，显著提升电池效率与湿热稳定性，为高性能钙钛矿太阳能电池的开发提供了简单高效的策略。