惰性稠环胺助力高开路电压钙钛矿太阳能电池学术资讯

来源：X一MOL资讯

有机-无机杂化钙钛矿因其优异的光电性能，受到全世界研究者的关注。其作为活性层制备的太阳能电池，光电转换效率已超过25%，接近单晶硅电池的最高值。然而，通过低温溶液法制备的钙钛矿薄膜，表面和晶界处容易产生缺陷，会捕获光生电荷，导致非辐射复合能量损失，限制了器件的开路电压和整体性能。
钝化是一种有效减少缺陷、抑制非辐射复合的方法。路易斯碱、PbI2、PMMA高分子材料等被成功应用于钝化钙钛矿的缺陷。其中有机胺盐，例如苯乙胺碘（PEAI）也被成功用来钝化钙钛矿表面，提升器件的开路电压，并获得了创世界纪录的效率。然而，两步法PEAI处理的钙钛矿对温度敏感，在高温下PEAI会与三维发生反应形成二维钙钛矿，从而引起原位的化学反应而影响器件的稳定性；此外，铵盐的钝化机制还需要更多的研究。

针对以上问题，中科院福建物构所高鹏课题组采用具有大体积的1-萘甲胺碘（NMAI）来钝化钙钛矿表界面。与PEAI一样，NMAI在强极性的二甲基甲酰胺溶液中，与PbI2混合一步旋涂可形成2D钙钛矿，并且曾经被成功应用来制备高效的2D/3D钙钛矿LED器件。然而，NMA阳离子2D钙钛矿具有较高的形成能；NMAI在弱极性的异丙醇溶液中，后处理3D钙钛矿薄膜时，表现出与PEAI不同的性质。XRD的测试表明，即使在高达100 ℃的高温下，处理后的3D钙钛矿薄膜表面绝大部分的铵盐未参与离子交换反应，仅形成极少量的2D钙钛矿。

在完整的电池器件中，介于钙钛矿和空穴传输层之间的NMAI层起到了以下几个协同钝化效果：首先，NMAI本身的两性离子性质能够钝化钙钛矿的表面离子缺陷；其次，NMAI与钙钛矿表面相互作用形成界面偶极，诱导真空能级弯曲，进而改善界面的能带匹配；最后，绝缘的NMAI能够起到电子阻挡的作用。NMAI层的多重钝化效应，使得所制备的钙钛矿电池器件表现出较高的电致发光效率，有力地表明了钙钛矿和空穴传输层界面的非辐射复合大大减少。在一个标准太阳光照射下，器件的开路电压最高达到1.20 V，光电转换效率最高超过21%。
该工作为铵盐的钝化提供了新的思路和理解，并为钙钛矿的钝化进一步提高钙钛矿太阳能电池的效率提供指导。
这一成果发表在Advanced Energy Materials 上，文章的第一作者为福建物质结构研究所工程师梁禄生。

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