上海高等研究院在钙钛矿光伏领域取得进展

钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其廉价的材料成本、易于制备大面积器件以及较高的光电转换效率等优点受到了广泛关注。SnO2具有高透过率、高电子迁移率、适宜的能级、良好的紫外辐照稳定性和易于低温加工等特点，是目前n-i-p型PSCs电池常用的电子传输材料。然而，其体相和表面的缺陷(氧空位(VO)、悬空羟基(-OH)和不饱和配位金属原子)容易引起载流子累积和非辐射复合损失。此外，钙钛矿中金属、卤素和有机离子的配位不足也会引起界面化学反应，使得器件的效率和稳定性恶化。因此，对PSCs埋底界面的优化是实现其高效率和稳定性的关键。然而，由于埋底界面的非暴露特性，对其进行研究和优化具有一定的挑战性。
 
　　鉴于此，上海高等研究院鲁林峰团队助理研究员冀晓霏开发了一种简单有效的策略，通过在SnO2纳米颗粒中加入草酸甲脒(FOA)来同时抑制SnO2体相和表面缺陷以及钙钛矿埋底界面处FA+/Pb2+相关缺陷，实现有效的靶向缺陷钝化。研究成果以“Target Therapy for Buried Interfacial Engineering Enables Stable Perovskite Solar Cells with 25.05% Efficiency”为题发表在Advanced Materials上。
 
　　研究发现，甲脒离子和草酸根离子在SnO2层中均呈纵向梯度分布，主要聚集在SnO2/钙钛矿埋底界面处，调节钙钛矿的晶体生长，降低体相及界面缺陷，改善钙钛矿和SnO2之间的能级匹配。结果表明，FOA处理后的PSCs能量转换效率从22.40%提高到25.05%，PSCs的存储稳定性和光稳定性也显著提升。

                              图1 FOA调节钙钛矿晶体生长，改善界面能级匹配及降低界面缺陷的示意图
 
　　该研究为靶向治疗埋底界面缺陷，改善PSCs性能提供了一种有效途径。论文的第一作者为高研院助理研究员冀晓霏和香港城市大学博士研究生毕乐雨，论文的通讯作者为南方科技大学郭旭岗教授，香港城市大学Alex Jen教授和付强博士。该研究得到国家自然科学基金，广东省基础与应用基础研究重大专项，深圳市科技创新委员会及山西省科技厅的支持。