2021年7月5日， 香港理工大学李刚教授、武汉大学方国家教授、加州大学洛杉矶分校（UCLA）杨阳教授 发表了一篇Nature Photonics，题目为Stable and low-photovoltage-loss perovskite solar cells by multifunctional passivation1 。
这篇文章可谓历经千辛万苦，如下图，投稿日期是2018年，发表日期是2021年，可以想象这篇文章的三年拒稿、argue历程，祝贺发表。 值得注意的是：如下图，这篇文章的电池效率认证时间是2021年3月24号，而文章被接收的时间是2021年5月12日，时间非常接近，相信第三方认证对文章接收起了重要作用。高效率认证有力地支撑起文中提出的体相和界面同时钝化的策略，审稿人很可能因此同意接收， 所以第三方测试很重要！
首先，作者提出了一种通过同时钝化体相缺陷和界面缺陷来减少电压损失的有效方法。 如图3a所示，作者在3D钙钛矿表面旋涂BABr分子，这种分子在退火后会扩散至3D体相中，形成表面2D、下面2D/3D的渐变钙钛矿结构，截面如图3b所示。用ToF-SIMIS分析不同离子的垂直空间分布，发现BA+ 是渐变减少的，而BABr是二维结构的主要组成部分，因此可以判断出表面存在一层超薄的2D结构，而内部是2D/3D结构。
进一步，作者优化了BABr的浓度：0-5 mg/ml。如下图4所示，用BABr处理后的薄膜出现了低维结构的峰（n=2），并且低维结构是平行于基底的，因这些低维结构足够薄，并不会阻碍载流子传输，同时可以钝化表面缺陷。此外，后处理后，PbI2 和BABr的峰都没有了，这是因为这两个组分反应后形成了2D结构。 为了进一步证明后处理过的薄膜是渐变结构，如图5，作者做了变角GIWAXS。当掠入射角度为0.1o 时，测试到的信号来自薄膜表面，低角度只发现n=2层数的钙钛矿峰；当增加掠入射角度到1o 时，探测深度较深，发现了n=2,3,4峰。变角GIWAXS证明了钙钛矿薄膜是2D到2D/3D的垂直分布结构。 最后，作者基于这种表面处理策略，做了太阳能电池，并分析了 非辐射复合电压损失（V OC,nr ）。 作者用了两种方法确定带隙大小，EQE光谱（dEQE/dE）和Tauc曲线。如下图6，作者测试了电致发光光谱（EL）来确定非辐射复合电压损失。极低的非辐射复合电压损失是高效太阳能电池的关键，而这些损失一般来自缺陷复合，而作者的表面处理策略正好可以同时钝化体相和表面的缺陷。如下表所示，不同组分的电池在表面后处理之后，器件性能都有明显提升。当钙钛矿带隙为1.63 eV时，最大电压为1.25 V，电压损失为0.38 V，其中非辐射复合电压损失为0.1 V。当带隙为1.53 eV时，最大电压为1.21 V，电压损失为0.326 V，其中非辐射复合电压损失为74 mV，实现了23.09%的认证效率，并提高了稳定性 钙钛矿太阳能电池领域非常火热，好的设计思路和想法很重要，但要发顶刊， 还需配上第三方测试报告 。
1. Yang, G., Ren, Z., Liu, K. et al. Stable and low-photovoltage-loss perovskite solar cells by multifunctional passivation. Nat. Photon. (2021). https://doi.org/10.1038/s41566-021-00829-4
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