钙钛矿太阳能电池最新Nature Energy，4月该团队刚发完Science

陈炜教授课题组长期从事新型太阳能电池材料和器件应用方面的研究工作，近年来在钙钛矿太阳能电池方面取得了突出研究成果，2023年4月27日、2023年7月3日分别发表了两项最新研究成果。

成果一

2023年4月27日，华东理工大学吴永真教授、朱为宏教授，吉林大学张立军教授，波茨坦大学Martin Stolterfoht教授，华中科技大学陈炜教授为共同通讯作者，在Science上发表题为“Minimizing buried interfacial defects for efficient inverted perovskite solar cells”的研究论文，华东理工大学博士生张硕和叶方圆、吉林大学博士生王啸宇以及华中科技大学陈锐博士为论文共同第一作者。

该研究创新引入氰基膦酸单元，发展双亲性小分子空穴传输材料，通过动态自组装构筑有序、超薄、表面超浸润层，“一石二鸟”完美解决了器件应用中载流子输运和界面缺陷控制两大难题，封装的1平方厘米太阳能电池具有23.4%的功率转换效率和高操作和湿热测试稳定性。

文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adg3755

成果二

2023年7月3日，华中科技大学陈炜教授团队在Nature Energy上发表题为“Reduction of bulk and surface defects in inverted methylammonium- and bromide-free formamidinium perovskite solar cells”的研究论文，陈锐博士为第一作者，该研究通过同时提高FA0.98Cs0.02PbI3钙钛矿薄膜的本体和表面的质量缩小了效率差距。

首先，使用路易斯碱添加剂二丁基亚砜来提高钙钛矿块体的结晶度并降低缺陷密度和内部残余应力；然后，用三氟碳改性苯乙基碘化铵处理钙钛矿薄膜的表面，以优化能级，钝化缺陷并保护薄膜不受潮；在倒置 PSC 同时实现了 25.1% 的效率（来自第三方机构测量的反向电流-电压扫描的效率为 24.5%）和更高的稳定性，这些器件在连续太阳AM1.5G照明下运行1800 h和湿热条件（85 °C和85%相对湿度）下运行1000 h后，分别保持了97.4%和98.2%的初始功率转换效率。

钙钛矿薄膜晶体生长的调节

通过扫描电子显微镜研究了不同DBSO添加剂含量（0%、5%、10%和20%，摩尔比为PbI2）对钙钛矿薄膜形貌和晶体尺寸的影响，结果表明，DBSO诱导形成了新的结晶中间相，促进了α相钙钛矿的形成。

钙钛矿薄膜的质量表征

采用掠入射XRD测试了不同DBSO含量得到的钙钛矿薄膜在50 nm和200 nm深度区域的残余应力；采用稳态光致发光PL和瞬态PL光谱评估了不同DBSO添加剂含量制备的钙钛矿薄膜的无辐射载流子复合行为；利用飞秒瞬态吸收光谱分析了添加DBSO和未添加的钙钛矿薄膜中的载流子动力学。

结果表明，使用适当的DBSO负载量可以有效地释放薄膜内的残余应力，并降低缺陷密度，这归因于该添加剂调节钙钛矿晶体生长的能力。这些效应抑制了电荷载流子的非辐射复合，提高了载流子寿命。

钙钛矿表面钝化的影响

设计了含有不同氟碳CF3官能团的苯乙基碘化铵PEAI衍生物作为表面修饰试剂，进一步钝化钙钛矿薄膜中的缺陷。全景环视系统的SEM照片显示，经过PEAI、CF3-PEAI和2CF3-PEAI修饰后的钙钛矿薄膜的表面形貌没有明显变化。

为了进一步确定上述钝化剂在钙钛矿上的状态，该研究对PEAI、CF3-PEAI和2CF3-PEAI处理的钙钛矿薄膜进行了TA光谱测试，以准确识别相应的钙钛矿薄膜中是否形成了2D相钙钛矿。两种钙钛矿薄膜均在580 nm左右出现n=2低维钙钛矿的特征峰，可将少数载流子阻挡在界面/表面。

通过紫外光电子能谱UPS和紫外-可见吸收光谱UV-vis测量进一步研究了这一问题。

PSC的光伏性能和运行稳定性

上图为未钝化和不同表面钝化的p-i-n PSCs的J-V曲线，观察到JSC没有明显变化，与表面钝化相关的PCE的增强主要是由于VOC和FF的增加。

尽管所制备的器件的效率仍然略低于最好的常规PSCs，但该工作的倒置PSCs的实测工作寿命要长得多，这表明倒置PSCs在同时实现高效率和长期运行稳定性方面的潜在优势。

除了提高器件的使用寿命外，器件的湿热稳定性也按照IEC61215标准进行了测试，结果进一步证实了具有最低缺陷密度、降低内部残余应力和较高表面疏水性的接近理想的钙钛矿薄膜对器件稳定性的显著影响。