华东师大研究生院，华东师大研究生院官网
钙钛矿，还是钙钛矿。不完全统计，仅在2022年1月份就已经发表5篇钙钛矿相关Nature/Science了。其中多篇都有华人参与，浙江大学一篇Science，南京大学一篇Nature以及华东师范大学这篇Science。
日前，来自华东师范大学的方俊锋等研究者，通过对富含铅(Pb)的钙钛矿薄膜进行表面硫化处理，构建了一种稳定的钙钛矿异质结。相关论文以题为“Constructing heterojunctions by surface sulfidation for efficientinverted perovskite solar cells”发表在Science上。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl5676
在常规的(n-i-p)钙钛矿太阳能电池中，钙钛矿太阳能电池的能量转换效率达到了25%，但在倒置的(p-i-n)太阳能电池中，钙钛矿太阳能电池的能量转换效率在22-23%之间。这种性能低下的原因尚不清楚，但不同的异质结接点可能是潜在的原因。非辐射复合发生在与载流子传输层的接触处，所以是接触异质结，而不是钙钛矿或传输层本身，限制了PSC的性能。在常规的PSCs中，介孔支架内的钙钛矿比块状钙钛矿更倾向于本质上是n型钙钛矿，这引起了额外的场，通过在这个接触界面上的能带弯曲来促进电子的提取。在倒置的PSCs中，钙钛矿膜的p型特性与n型电子传输层直接接触，诱导了效率。因此，在倒置的PSCs中，有必要控制钙钛矿界面上的半导体性质。
钙钛矿异质结处的接触特性，也影响着器件的稳定性。在接触界面上，钙钛矿成分通过弱化学键组装，如离子键、氢键和范德华相互作用。由此产生的钙钛矿界面的柔软性质，使其容易受到周围空气和水的攻击。钙钛矿组分还会扩散穿透传输层，降解异质结和传输层，甚至腐蚀电极。许多有机分子，可以通过二级键钝化钙钛矿界面，如氢键、配位相互作用或离子键，但这些弱二级键仍然会导致稳定性问题。
受PbS的n型和稳定的无机性质启发，在此，研究者提出了一种表面硫化处理(SST)来为倒置PSCs构建稳定的异质结。SST后，钙钛矿呈现出较浅的费米能级(变得更n型)，这通过能带弯曲在钙钛矿界面诱发了一个额外的背表面场。该场与倒置PSCs内建电位(Vbi)方向一致。具有SST的PSCs具有>24%的PCEs，开路电压(Voc)为1.19 V，对应于甲脒基钙钛矿体系(带隙为1.55 eV)的低电压损失为0.36 V。Pb-S键比Pb-I键强；PbS的溶解度积常数(Ksp为1.0×10−28)比PbI2(7.1×10−9)小19个数量级。S2 -阴离子，会在钙钛矿界面与Pb离子强烈结合，抑制降解反应。PbS和钙钛矿之间相似的晶格，也可以稳定FA基钙钛矿的晶体结构。85℃时，得到的SST PSCs在经过200小时后，保持了91.8%的初始效率。值得注意的是，在55°±5°C的持续光照下，MPP跟踪1000小时后，运行稳定性也大大提高，>90%的初始PCE保持不变。
图1 SST和钙钛矿形态。
图2 钙钛矿薄膜的光电特性。
图3 PSCs的光伏性能。
图4 钙钛矿异质结的稳定性。
综上所述，SST在提高器件效率的同时，还能有效地抑制离子迁移，保护倒置PSCs中的PCBM层，从而提高器件的稳定性。（文：水生）
本文来自微信公众号“材料科学与工程”。欢迎转载请联系，未经许可谢绝转载至其他网站。
华东师大研究生院(华东师大研究生院官网)
未经允许不得转载：考研网 » 华东师大研究生院(华东师大研究生院官网)
