华东师范大学方俊锋Science！太阳能电池最新进展

在常规（n-i-p）PSC中，钙钛矿太阳能电池（PSC）的能量转换效率（PCE）>25%，但对于倒置（p-i-n）PSC，PCE在22%至23%之间。这种较差性能的起源尚不清楚，但不同的异质连接接触可能是根本原因。非辐射重组发生在与载流子运输层的接触处，因此限制PSC性能的是接触异质结，而不是钙钛矿或输送层本身。

在常规PSC中，介孔支架内的钙钛矿在性质上往往比块体钙钛矿更n型，这诱导了一个额外的场，通过在这个接触界面的带状弯曲来促进电子提取。在倒置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PSC中，有必要控制钙钛矿界面的半导体性质。

钙钛矿异质结处的接触特性也影响器件稳定性。在接触界面上，钙钛矿成分与弱化学键组装，如离子键、氢键和范德瓦尔斯相互作用。由此产生的钙钛矿界面的柔软性使其容易受到环境空气和水的攻击。钙钛矿成分还会扩散和穿透输送层，降解异质结和输送层，甚至腐蚀电极。许多有机分子可以钝化钙钛矿与次级键的界面，如氢键、配位相互作用或离子键，但这些弱次级键仍然会导致稳定性问题。

华东师范大学方俊锋教授课题组在Science上发表文章，Constructing heterojunctions by surface sulfidation for efficient inverted perovskite solar cells，通过界面修饰，实现了倒置PSC的高效率和高稳定性。

利用PbS的n型和稳定无机性质，作者提出了一种表面硫化处理（SST），为倒置PSC构建稳定的异质结。硫化过程为：通过自旋涂层吡啶-2-羧基铅（PbPyA₂）形成富铅钙钛矿表面，并用六甲基二硅硫烷（TMS）硫化，它可以与固相PbPyA₂反应

在SST之后，钙钛矿表现出浅的费米能级（变得更n型），这通过带状弯曲在钙钛矿界面上诱导了额外的后表面场。这个场与倒置PSC的内置电位（V_bi）的方向相同。具有SST的PSC的PCE大于24%，开路电压（V_oc）高达1.19 V，相当于甲脒（FA）基的钙钛矿系统（带隙为1.55 eV）的低电压损耗（为0.36 V）。Pb-S键比Pb-I键强得多；PbS的溶解度积常数（1.0×10^-28的K_sp）比PbI₂（7.1×10^-9）小19个数量级。

S^2-阴离子将在钙钛矿界面与铅离子紧密结合，并抑制降解反应。PbS和钙钛矿之间的相似晶体晶格也应稳定FA基钙钛矿的晶体结构。由此产生的SST PSC在85°C老化2200小时后保留了91.8%的初始效率。值得注意的是，操作稳定性也大大提高，在55°±5°C连续照明下1000小时的最大功率点（MPP）跟踪后，保留了>90%的初始PCE。

图文详情

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图1. SST和钙钛矿形貌

图2. 钙钛矿薄膜的光电特性

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图3. PSCs的光伏性能

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图4. 钙钛矿异质结的稳定性

作者简介

方俊锋，教授，博士生导师，国家中组部青年拔尖人才/中科院百人/中科院特聘研究员/华东师范大学紫江优秀青年学者。在SCI学术期刊发表论文130余篇，SCI他引4000余次,其中以第一/通讯作者在Joule、Sci.Adv.、Nat.Commun.、J.Am.Chem.Soc.、Angew.Chem.Int.Ed.、Adv.Mater.、Adv.Energy.Mater.、Adv.Funct.Mater.、Nano.Lett 、ACS Energy.Lett.等SCI杂志发表论文100余篇，第一和通讯作者论文多次被国际著名学者在Science、Nat.Photonics、Chem.Rev、Chem.Soc.Rev、Acc. Chem. Res.、J.Am.Chem.Soc.、Angew.Chem.Int.Ed.、Adv.Mater.、Energy Environ. Sci.等借鉴、大篇幅详细介绍或专门作为亮点工作点评(超过5行文字专门介绍和评述超过100次)，受邀在国际著名杂Adv.Energy.Mater.和Adv.Sci.撰写综述各1篇，授权PCT专利2项，中国专利10项。已培养博士/硕士研究生30余名，学生多次获得中科院院长奖、国家奖学金等各类奖励。主持国家中组部青年拔尖人才、国家基金面上(5项)、中科院前沿科学重点研发计划、中科院百人计划、中科院特聘研究员计划、浙江省杰青等国家省部级项目10余项。美国和波兰基金函评专家，国家中组部、科技部、教育部和基金委等项目函/会评专家，国家自然科学奖会评评审专家。多次在EMRS、PIERS、中国化学会和材料学会光伏分会做邀请报告，中国激光杂志社青年编委，《表面技术》杂志青年编委。

文献信息

Liet al., Constructing heterojunctions by surface sulfidationfor efficient inverted perovskite solar cells. Science375, 434–437 (2022)

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl5676

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