近日，中科院物理所孟庆波研究员、李冬梅研究员（共同通讯作者）等人采用三苯基氧化膦（TBPO）对钙钛矿表面进行稳定钝化处理。TiO2平板型电池效率最高，达到22%以上，稳态效率为21.6%，且明显抑制了迟滞现象。进一步的密度泛函理论（DFT）计算表明，TBPO分子间π-π共轭诱导的表面分子超结构，如周期性互连结构，导致高稳定的TBPO-钙钛矿配位和钝化。经钝化后电池的稳定性显著改善，经过250小时的最大功率点追踪后，保持92%的初始效率。因此，本工作中稳定表面钝化的构建代表了钙钛矿太阳能电池稳定性工程的重大进展。该成果以题为“Intermolecular π-π Conjugation Self-Assembly to Stabilize Surface Passivation of Highly Efficient Perovskite Solar Cells”发表在了Adv. Mater.上。
本文表明TBPO是一种出色的分子材料，通过强大的TBPO-钙钛矿库仑相互作用和分子间π-π共轭作用，可以稳定钝化钙钛矿表面，从而实现高效、稳定的钙钛矿电池。TBPO可以显著抑制钙钛矿深层缺陷，使电荷俘获截面减小两个数量级。由于这些优点，已经实现了超过22％的高效率，并显着抑制了迟滞现象，这是基于TiO2平面结构钙钛矿电池的最高效率之一。更重要的是，TBPO分子通过π–π共轭自组装而实现超结构（如TBPO二聚体，甚至周期性的紧密堆积的相互连接的结构），从而提高了钝化稳定性。正是上述优点使得电池在持续光照250 h后MPPT维持92％的初始效率，显著改善了电池的稳定性，尤其是消除了初始老化现象。这些性能远远优于未钝化电池和TPPO钝化电池。总体而言，除了抑制缺陷以实现高电池效率外，这项工作还首次关注钝化效果的稳定性，并提供了通过π-π共轭辅助表面分子超结构的构建来增强这种稳定性的有效策略，这代表了钙钛矿太阳能电池稳定性工程方面的进展。文献链接：Intermolecular π-π Conjugation Self-Assembly to Stabilize Surface Passivation of Highly Efficient Perovskite Solar Cells（Adv. Mater.，2020，DOI:10.1002/adma.201907396）