继6篇Science和1篇Nature之后，今年的Nature如约而至……

在钙钛矿太阳能电池中，钙钛矿与电荷传输层之间的界面含有高浓度缺陷(约为钙钛矿层内部缺陷的100倍)，尤其是深层缺陷，大大降低了器件的功率转换效率。

最近，减少这些界面缺陷的努力主要集中在表面钝化上。然而，钙钛矿与电子传输层界面的钝化比较困难，因为电子传输层上的表面处理剂在覆盖钙钛矿薄膜时可能会溶解。

在此，来自韩国浦项科技大学的Min Gyu Kim & 蔚山国立科学技术研究院的Tae Joo Shin & Sang Il Seok等研究者，报道了通过将Cl键合的SnO₂与含Cl的钙钛矿前驱体耦合，在SnO₂电子传输层和卤化物钙钛矿吸光层之间形成夹层。该层间具有原子相干特性，增强了钙钛矿层的电荷提取和传输，减少了界面缺陷。

相关论文以题为“Perovskite solar cells with atomically coherent interlayers on SnO₂ electrodes”于2021年10月20日发表在Nature上。

钙钛矿太阳能电池(PSCs)，由三碘化α-甲脒铅(FAPbI₃)钙钛矿夹在电荷分离层和电荷传输层之间组成。PSCs的高效率，是通过在电荷选择界面上与均匀的钙钛矿层，进行非辐射复合而实现的。通过最小化钙钛矿和电荷传输层之间的界面面积，可以减少在界面上的复合。对于较小的界面面积，平面电子传输层(ETLs)和涂层，非常平坦的钙钛矿薄膜是必不可少的。在界面复合损耗低的情况下，平面结构还需要实现良好的电荷提取和转移。

由于SnO₂具有许多优点，如高电子迁移率和与钙钛矿和电极良好的能级排列，平面电极PSCs主要使用SnO₂ ETL进行研究。采用热氧化锡(IV)异丙氧化物、沉积纳米SnO₂、原子层沉积和化学镀液沉积等方法，制备了用于平面PSCs的SnO₂。除了这些沉积SnO₂电极的方法外，还进行了大量的研究，以通过表面钝化减少界面复合损失，并通过掺杂控制能量水平和增加电荷传输。

界面钝化，可以进一步减少钙钛矿与电荷传输层之间的非辐射复合。钙钛矿表面的长有机盐钝化，已经被证明大大减少了空穴传输层(HTL)和FAPbI₃钙钛矿之间的界面缺陷。从Sn(IV)Cl₄溶液中衍生出SnO_x-Cl胶体，形成甲基碘化锡铵(MA₂SnI₆)和SnO₂，当甲基碘化锡铵(MAI)共存时Cl^–和I^–离子自发交换反应。也有报道称，钙钛矿前驱体中含有Cl离子，导致大量Cl离子滞留在钙钛矿与ETL电极之间的界面上。因此，研究者注意到，当卤素结合的SnO₂和钙钛矿前驱体接触时，它们形成了化学上相互连接的界面。

在此，研究者报道了钙钛矿薄膜和涂有含Cl的FAPbI₃钙钛矿前驱体(Cl-cPP)溶液的Cl-结合SnO₂(Cl-bSO)电极之间形成的共格层。

研究者利用表面灵敏掠入射X射线吸收精细结构(XAFS)、同步辐射掠入射广角X射线衍射(GI-WAXD)以及高分辨率透射电子显微镜(h- tem)证实了这一夹层的存在。从这些分析表征中，研究者推断出在钙钛矿和SnO₂之间，形成了一个原子相干层的晶体FASnCl_x相。钙钛矿和ETL之间的夹层，降低了界面电荷复合损耗和接触电阻，使PSC的功率转换效率达到25.8%。此外，未封装的器件，即使在连续光照500小时后，仍保持约90%的初始效率。

继6篇Science和1篇Nature之后，今年的Nature如约而至……

图1. Cl-bSO和Cl-cPP形成夹层

继6篇Science和1篇Nature之后，今年的Nature如约而至……

图2. 应用钙钛矿前驱体溶液前后，SnO₂电极中锡原子周围的局部几何环境

图3. 在Cl-bSO和SnO₂上应用Cl-cPP后的二维GI-WAXD图、HR-TEM和光致发光

图4. 基于不同电极的PSCs性能研究

综上所述，这一结果为高效、稳定的PSCs光电电极的制备和设计提供了新的策略。

据悉，这是Sang Il Seok教授在2021年的第一篇Nature正刊，但同时这也是教授自2014年来，保持年均一篇正刊的进度，如约为我们奉上了今年的正刊；而此前，Sang Il Seok教授已经发表了7篇Science和1篇Nature。不知是巧合还是偶然，Sang Il Seok教授就是年均(2016年没能上正刊，2017年发了两篇Science)一篇正刊，或许这就是大佬的世界吧，就是这么的朴实无华，不贪多，一年一篇足矣(此前，我们已有报道“连载6年，他发表的正刊可以拍连续剧：6篇Science，1篇Nature”。

最后，我们再来膜拜一下大佬吧。

Sang II Seok教授是蔚山科学技术大学（UNIST）能源与化学工程学院教授，兼任韩国化学技术研究所（KRICT）研究员。Sang II Seok团队主要研究内容为介孔结构/半导体纳米晶体（包括量子点和有机金属卤化物钙钛矿材料）/有机空穴导体用于高性能无机-有机混合光伏电池包括光电探测器、太阳能电池以及其他新型应用。2014-2020年，他平均每年发表一篇正刊，在Science发表6篇，在Nature发表1篇。

此外，自2012年以来，Sang II Seok教授还发表了诸如Nature Energy(2篇)、Nature Photonics(1篇)、Nature Materials(1篇)、AM(4篇)、AFM(1篇)、AEM(4篇)、Nano Letters(3篇)、Energy Environ. Sci.(7篇)、J. Am. Chem. Soc.(4篇)、Angew. Chem. Int. Ed.(1篇)、Nature Comm.(2篇)等。

产量之多，质量之优，令人咂舌！

此外，据悉Sang II Seok教授，已经被授予了2022年的兰克光电子学奖。

而兰克奖是英国顶级科学奖之一，被认为是光电子学、营养学界的“诺贝尔”奖。获奖对象主要是在全球光电子科学或营养领域进行原始创新并对人类社会作出重要贡献者。

2022年兰克光电子学奖授予来自几个研究实验室的七位国际领先科学家，他们率先开发了基于钙钛矿半导体的新太阳能电池技术，有望在未来的太阳能发电领域发挥关键作用。
2022年是兰克奖设立的50周年，该奖自1972年以来一直在庆祝杰出的科学突破。兰克奖每两年在光电子学和营养学领域颁发一次：这两个领域与兰克勋爵的商业利益有关。该奖项颁发给在这些领域做出重大贡献的个人，即最初的想法已经通过实际应用，已经或将要对人类产生明显的好处。

可以看出，能获奖的科学家，都是钙钛矿领域中的翘楚。

这不，刚刚获奖，那就发个正刊祝贺一下！就是这么的朴素无华……

文献信息

Min, H., Lee, D.Y., Kim, J. et al. Perovskite solar cells with atomically coherent interlayers on SnO₂ electrodes. Nature 598, 444–450 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03964-8

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03964-8#citeas

https://seoksi.unist.ac.kr/publication/

https://www.rankprize.org/prize/optoelectronics/winners/2022/

原创文章，作者：科研小搬砖，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/14/b8fb69adc4/

继6篇Science和1篇Nature之后，今年的Nature如约而至……

相关推荐