华东理工 Adv. Mater：原位双界面钝化策略使甲脒钙钛矿太阳能电池效率超过25%

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前言回顾

钙钛矿材料由于其良好的特性，包括可调的带隙、高的光吸收系数和优异的电荷载流子传输特性，是新一代光伏材料的候选材料。迄今为止，钙钛矿太阳能电池（PSCs）的功率转换效率（PCE）已达到>26%，因此，它们越来越受到光伏界的关注。最先进的PSCs通常通过低温溶液法制备，这是一种高通量、低成本的工业化工艺。然而，通过这种快速低温方法制备的钙钛矿膜往往含有大量的界面缺陷。与体相缺陷相比，界面缺陷由于其显著更高的密度而对器件的性能更不利。这些界面缺陷会导致显著的非辐射复合损失，是接近PCE的Shockley–Queisser极限（SQ极限）的关键障碍。此外，这些界面缺陷促进了PSCs的降解，必须解决这一问题才能实现PSCs的工业化。

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文献简介

基于此，高功率激光材料重点实验室的Yifan Zheng和Yuchuan Shao以及华东理工大学材料科学与工程学院的Shuang Yang等人，开发了一种简洁但有效的原位双界面钝化策略，其中使用1-丁基-3-甲基咪唑鎓甲磺酸盐（MS）作为前体添加剂。在钙钛矿结晶过程中，MS可以通过SnO2沉淀向下富集，也可以通过晶格挤出向上聚集。这些自组装的MS物种在钝化缺陷界面方面发挥着重要作用，从而减少非辐射复合损失，并促进更有效的电荷提取。结果，PCE＞25%（认证PCE为24.84%），长期储存和光热稳定性显著提高。该策略为界面钝化提供了有价值的见解，并有望实现PSCs的工业化。

图1. a 最优控制和目标装置的J–V曲线；b 对照设备和目标设备的PCE分布的方框图；c 控制和目标器件的EQE光谱和积分光电流；d 控制装置和目标装置在氮气环境下的储存稳定性；e 对照和靶器件在85℃和氮气氛中连续AM 1.5G照射下的光热稳定性（P3HT用作空穴传输层）

图2. a和b，FAPbI3（001）的掩埋界面和顶部界面上MS物种的电荷密度差异。黄色表示电子积聚，而青色表示电子耗尽

图3. a 在黑暗条件下获得的对照和靶器件的莫特-肖特基图；b 控制设备和目标设备的tDOS曲线；c DLCP测量了控制装置和目标装置中陷阱密度的空间和能量映射结果；d VOC与控制装置和目标装置的光强度之间的关系；e 不同衬底上的PSCs和钙钛矿薄膜的PLQY结果; f 控制装置和目标装置的电压损失机制

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文献总结

总之，该课题组通过将1-丁基-3-甲基咪唑鎓甲磺酸盐（MS）掺入钙钛矿前体中，证明了一种原位双界面钝化策略。在热退火过程中，MS可以通过与SnO2粘附而向下富集，也可以通过钙钛矿晶格挤出而向上聚集。这种MS策略不仅可以调节结晶率，产生高质量的晶体，还可以对双界面进行钝化，从而有效抑制界面深层缺陷。结果表明，在~1.19V的开路电压下，实现了25.12%的光转换效率（PCE）（认证PCE为24.84%）。此外，掺入MS后制备的钙钛矿太阳能电池（PSCs）的稳定性更好，在T98的条件下表现出1000小时的存储稳定性，在T92的条件下下表现出>500小时的光热稳定性。相关研究成果发表于国际知名期刊《Advanced Materials》，题为“In Situ Dual-Interface Passivation Strategy Enables The Efficiency of Formamidinium Perovskite Solar Cells Over 25%”。

本文关键词：钙钛矿太阳能电池；原位双界面钝化；FAPbI3；功率转换效率

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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