在之前的文章中，我们解释过何为 “表面缺陷”，何为“钝化”。钙钛矿电池的核心钙钛矿分子有着独特的ABX3结构，组成它的离子构成了一个八面体晶格结构。 

但现实里制备钙钛矿电池的过程中，经常会发生“缺失”，比如缺一个A离子、少一个B离子——这样的情况，被统称为缺陷。就像墙上有很多裂缝，表面缺陷会导致电池能量流失，降低效率。缺陷可以通过使用钝化剂 “钝化”来解决，即让“缺失”的部位补上，或者是让这个缺失更难形成。在 “出厂”走向大规模应用之前，钙钛矿电池都需要经过表面缺陷钝化。 

然而，做好 “表面功夫”，其实最难。 钙钛矿电池，有点像情绪不太稳定的任性小孩。再精心设计的钝化剂，也敌不过它的 “川剧变脸”。

钙钛矿的表面状态常常在不同批次、使用者和实验室之间发生变化，这主要归因于加工历史和环境条件的波动，如温度、化学计量比、湿度及溶剂蒸发引起的微环境等轻微变化。这些通常是无法避免的波动，却可能导致钙钛矿表面状态的显著差异。 

“今天钝化时电池效率是25%，明天效率变22%了。” 

两年前，还在王睿课题组做博后的王思思经常面对这样令人头疼的”玄学难题”：为一个钙钛矿调好了钝化剂的浓度，微环境有了一点小小的变化，钙钛矿电池表面状态就发生了很大变化，又得重新调整钝化剂的浓度。 

当表面缺陷多，钝化剂浓度过低，可能导致缺陷钝化不彻底；当表面缺陷少，钝化剂浓度过高，其可能渗入钙钛矿电池太深或与其 “过度反应”，破坏了电池的3D主体结构，生成过多低维相钙钛矿。 

低维相钙钛矿是传统三维钙钛矿结构在维度上降低的衍生物，是表面缺陷钝化过程中容易生成的产品，它虽然能够钝化缺陷，降低非辐射复合（光照射电池后，电荷白白消失而非转化为电能或光），但是过多的存在反而会导致电池导电性暴跌、能量浪费、电阻暴增，降低了电池效率，致使电池性能不稳定。 

总之，钝化这一步，简直像开盲盒。

这种“玄学”难题，也被称为钝化的不可重复性，对于王思思以及众多研究者来说是很大的困扰，对于工业生产来说则更是致命的缺陷。

因此，开发一种能够容忍偏差、在不同情境下普遍有效的钝化策略，对于维持钙钛矿电池表面缺陷钝化的持续有效性，推动钙钛矿太阳能电池的工业大规模生产具有至关重要的意义，但这一目标依然面临巨大的挑战。 

虽说重复的失败是研究道路上的家常便饭，但王思思不甘就此停止。 

“它变我也变。” 

王思思想换一种思路。 “钝化过程中就是有不可控制的因素，钙钛矿电池就是会动态地变化，那有没有可能，存在一种能够回应动态变化的同样动态的策略？” 

也许，这个策略应该交由钙钛矿自己来 “定” 。王思思决定，与其控制钙钛矿电池，不如“给它自由”，给它一次自主选择的机会。 

传统的钝化策略（CP策略）是“连续涂布” 或 “常规涂布”，即将固体、液体或气体的钝化剂 “滴”在钙钛矿薄膜表面（旋涂法），或将钙钛矿浸泡在钝化剂中（浸渍法），都可以达到缺陷钝化的效果。但这一钝化策略的效果对操作条件（比如钝化剂浓度、涂布速度等）非常敏感，稍有不慎就会导致钝化剂分布不均匀或渗透过深，从而致使电池效率折损。 

这也被称作操作窗口狭窄。想象开车通过一条隧道，操作窗口大小好比隧道宽度，而你的工艺参数波动范围就好比车身宽度。隧道越宽（操作窗口越大），车身越不容易撞墙（工艺失败）。 

使用CP策略，需要精准确认钝化剂浓度。那么，如果一开始先给浓度高一点、剂量多一点的钝化剂，让钙钛矿电池自己选择自己所需要的钝化剂，再用洗涤剂洗去“它不要的”、剩下的钝化剂，这样，操作窗口是不是会变得更大，钝化也变得更方便、更有效？ 

王思思花了2年的时间，终于探索出了一种自适应饱和钝化策略（SP策略）：先使用高浓度钝化剂——氟化异丙醇（FIPA）溶液处理钙钛矿表面，然后通过异丙醇 (IPA) 和FIPA的混合溶剂冲洗去除多余的钝化剂，确保钙钛矿电池的表面缺陷完全钝化，并形成一层薄薄的低维钙钛矿，既不干扰电荷传输，又最大化了缺陷钝化效果。此外，这种策略还能有效扩大操作窗口。

为何SP策略能达到看似如此完美的钝化效果？答案，都在FIPA溶剂里。

FIPA溶剂

研究人员通过X射线衍射和扫描电子显微镜分析发现，氟化异丙醇 （FIPA）能够有效抑制钝化剂的渗透性和反应性，抑制了低维相钙钛矿的形成，从而有效扩大了操作窗口，使该策略具有较高的容忍性，能够应对钝化剂浓度偏差。

原理是什么？当使用传统IPA溶剂时，有机铵盐钝化剂（比如PEAI钝化剂，结构简式为 R-NH₃⁺X⁻）中的N-H键能与IPA溶剂中的-OH发生氢键作用。而FIPA溶剂的结构中不仅含有-OH，还含有-F原子（氟原子），这个-F原子也会与N-H形成氢键作用。

这意味着，当进行钝化操作时，FIPA溶剂中的-OH和-F会像两只有力的手，“争相”拉着钝化剂中的N-H键，-F作为氢键受体会导致N-H键被过度削弱，让其结构中带正电的H⁺（质子）脱落，即 “脱质子化”，从而导致钝化剂反应性降低。

这样，带FIPA的洗涤剂就会在钙钛矿电池选取了足够的“药”（即钝化剂）之后，及时反应掉电池不再需要的“药”，防止这些“药”与它过度反应，产生“副作用”。

虽然决定了让钙钛矿 “自己选择” 钝化剂，但钝化、洗涤分别使用什么溶剂，依然需要人为设计。

这个过程中，研究团队像调鸡尾酒那样调制了钝化剂和洗涤剂 。

在钝化时，为什么选择用FIPA溶剂而非IPA溶剂？在洗涤时，为什么选用IPA和FIPA的混合溶剂而非纯IPA或纯FIPA溶剂？ 这可不是随便选的。

就像是调制鸡尾酒，每次加什么酒、加多少酒，都有讲究，且需要排列组合、反复试验。

研究人员将IPA和FIPA轮流作为钝化剂和洗涤剂的溶剂，尝试了四种 “钝化+洗涤”的组合——IPA钝化+IPA洗涤、FIPA钝化+FIPA洗涤、IPA钝化+FIPA洗涤、FIPA钝化+IPA洗涤。

结果发现，单用IPA或FIPA钝化和洗涤，效果都不太理想：IPA就像更烈的酒，容易“反应过猛”，生成有害的低维相钙钛矿；FIPA就像更温和的酒，虽降低了反应性，但容易修复不完表面缺陷。

但如果像调制鸡尾酒那样将IPA和FIPA混合着用，则可以中和两者的“优缺点”。“IPA钝化+FIPA洗涤”的组合有效降低表面非辐射复合，而“FIPA钝化+IPA洗涤”的组合在降低界面电阻方面有优势。

进一步，他们调鸡尾酒的过程也详细地说明了：与传统CP策略相比，升级版SP策略提供了更广泛的操作窗口：它适用于多种钝化剂，且能够调节钝化剂的反应性；也适用于多种钙钛矿组成和器件结构，在不同薄膜制备方法以及不同环境条件下都具有通用性，并使钝化后的钙钛矿电池表现出了显著的光电转换效率，还提升了电池的性能稳定性。

当王思思小心翼翼的给钙钛矿电池分别滴上2滴不同的溶液，王睿团队2年多的研究成果也迎来了曙光。通过“倾听材料自己的声音”，团队为钙钛矿电池这一“任性天才”找到了“自主选择"的缺陷钝化方案，攻克了长期困扰学界和业界的可重复性难题。 

“我们之前的研究都是人为给钙钛矿电池设计钝化剂的浓度，把我们的想法 ‘加’在它身上。这次，决定让钙钛矿自己选择自己需要的钝化剂。方法是，先放很多高浓度钝化剂，然后通过一种溶剂把多余的钝化剂洗掉，这样钙钛矿就会自己留下自己需要的钝化剂，就像 ‘缺多少药就拿多少药’。” 王睿笑着说， “因为钙钛矿是最懂钙钛矿自己的人。” 

如果说去年2月的研究更注重钝化效果的持久性，那么这次的研究则强调钝化效果的可重复性，可以理解为钝化操作工艺的标准化。当钝化操作不再因钙钛矿电池的“任性”而不可重复，也就意味着电池生产效率的提高，能更快地落地、应用。 

我们也仿佛看到实验室内这一抹小小的亮光，正在照亮实验室外更广阔的天地。