表面鈍化處理能夠快速提高鈣鈦礦太陽能電池的性能，但是目前的表面鈍化技術使用的銨配體在受到光和熱的情況下容易發生脫質子。有鑒于此，西北大學/多倫多大學Edward H. Sargent、西北大學Mercouri G. Kanatzidis、Bin Chen等報道一系列脒（amidinium）配體分子，通過增強的N-H化學鍵促進脫質子問題，改善鈍化的鈣鈦礦表面層的熱穩定性。對配體脫質子的脫質子平衡提高>10倍，在85℃空氣氣氛光照過程中，熒光量子效率提高2倍。通過這種方法開發了認證功率達到26.3%的鈣鈦礦太陽能電池。在85℃最大功率點運行1100h后，太陽能電池的效率仍達到≥90%。理論計算穩定性。使用DFT理論計算研究脒化（amidination）對于銨分子脫質子化的影響。常用的場效應鈍化劑或者化學鈍化劑，比如丙烷-1,3-二銨碘鹽（PDAI2）、丁基碘化銨（BAI）、3-(甲硫基)丙基碘化銨（3MTPAI）、4-氟芐基碘化銨（4FBAI）在修飾脒之后，N-H化學鍵的解離能分別提高13%、18%、29%、23%。實驗測試穩定性。通過滴定法研究配體脫質子化，得到酸解離常數（pKa），發現脒化后的分子比銨分子的pKa至少提高10%，對應于脫質子常數pKa降低>90%，驗證了脒化能夠阻礙脫質子化。實驗測試發現，PDII2（丙二脒氫碘鹽）和4FBII（4-氟苯脒氫碘鹽）在FTO/自組裝單層/鈣鈦礦/鈍化層/C60/SnOx/Cu結構的鈣鈦礦太陽能電池得到優異的界面鈍化效果。使用質譜（MS）和熱重（TGA）組合的體系研究加熱脒配體分子的揮發性物質，研究脫質子情況，結果驗證脒化能夠抑制配體分子的脫質子化。
金屬載體相互作用本質
通過旋涂法，將配體分子的異丙醇溶液旋涂到鈣鈦礦薄膜，SEM表明異丙醇沖刷導致表面階梯消失，XRD表征發現鈍化處理導致低維鈣鈦礦物種消失。在85℃高溫加速老化、1個太陽光照射、50% RH濕度環境處理2h的方式處理表面鈍化鈣鈦礦薄膜，研究鈍化的效果。XPS測試深度分析，發現不含脒官能團的PDAI2在老化處理后，鈍化分子的銨基損失嚴重。但是含脒的鈍化配體分子的XPS基本上沒有變化，與含脒配體導致鈣鈦礦薄膜鈍化的實驗結果相符。通過ToF-SIMS（飛行時間二次離子質譜）表征進一步驗證了老化過程種的銨配體分解，但是由于脒具有更好的耐脫質子性質，因此PDII2（丙二脒氫碘鹽）和4FBII（4-氟苯脒氫碘鹽）的信號保留93%和80%。
雙分子脒鈍化
雙分子鈍化策略通過提供場效應和化學鈍化作用能夠排斥空穴載流子，而且能夠與缺陷位點產生化學鍵，因此改善鈣鈦礦電子傳輸層的載流子復合。因此，開發了脒的雙分子鈍化方法。使用UPS（紫外光電子能譜）研究脒分子和脒鈍化鈣鈦礦的功能。測試導帶底和Fermi能級之間的差值，用于研究鈣鈦礦表面附近的導帶電子密度。測試結果表明，與未做任何處理或有機銨配體4FBII的鈣鈦礦相比，PDII2處理的電子濃度分別提高5×1010cm-3和8×10-3cm-3，驗證了PDII具有場鈍化效應。進一步的，當使用雙分子脒（PDII2和4FBII）處理鈣鈦礦薄膜，電子濃度達到5.2×1014cm-3，表現為n型摻雜，效果與PDAI2/3MTPAI雙分子銨處理結果類似。通過時間分辨熒光光譜和熒光量子產率表征技術，驗證雙分子脒對表面和界面復合的抑制功能。 驗證雙分子脒改善反式鈣鈦礦的性能。使用PDII2/4FBII雙分子脒處理的反式鈣鈦礦的效率達到25.9%，比對比器件性能更高（23.7%）。超過了使用PDAI2/3MTPAI雙分子銨處理的反式鈣鈦礦器件效率(最高為25.4%)。PDII2/4FBII雙分子脒處理的面積為0.05cm2鈣鈦礦電池器件的效率最高能夠達到26.7%，短路電流密度達到26.5mA cm-2，Voc達到1.18V，填充因子達到85.5%。大面積（1.04cm2）太陽能電池的效率達到25%。經過認證的PDII2/4FBII雙分子脒處理的鈣鈦礦太陽能電池效率為26.3%。穩定性測試。使用ISOS-L-3標準測試封裝太陽能電池器件的穩定性，測試結果表明T90壽命為1130h，對比有機銨處理的PDAI2/3MTPAI鈣鈦礦太陽能電池在相同情況效率損失35%。這個穩定性測試結果表明雙分子脒處理的鈣鈦礦太陽能電池器件實現了改善電池效率和穩定性的結合。 Yi Yang et al. ,Amidination of ligands for chemical and field-effect passivation stabilizes perovskite solar cells. Science 386,898-902(2024)DOI: 10.1126/science.adr2091https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr2091
