最新Science：钙钛矿-基底界面稳定性不好，换个溶剂试试

通讯作者：黄劲松

通讯单位：北卡罗来纳大学

钙钛矿太阳能电池（PSC）的功率转换效率（PCE）已超过小面积单电池的25%和钙钛矿-硅串联电池的29%。它的界面决定着PSC效率和稳定性等，但钙钛矿-基底界面的形态和稳定性相比顶部界面关注较少。

基于此，北卡罗来纳大学黄劲松教授团队通过将PSC从基板上剥离下来，在界面处发现高密度的空隙。这些空隙周围的钙钛矿在光照下经历了较快的降解。研究人员发现这些空隙的形成与钙钛矿薄膜底部附近夹带的添加剂二甲基亚砜（DMSO）有关。研究人员进一步发现使用固态碳酰肼（CBH）部分替代DMSO可减少界面空隙。相关工作以“Stabilizing perovskite-substrate interfaces for high-performance perovskite modules”为题发表在Science上。

图1. 通过从ITO玻璃基板上剥离钙钛矿薄膜来研究钙钛矿-基板界面的形态：（A）用环氧树脂封装从ITO玻璃基板上剥离钙钛矿薄膜以进行SEM表征的示意图。（右）从ITO玻璃基板上剥离的器件；（(B)钙钛矿薄膜的钙钛矿-基板界面的俯视SEM图像，该薄膜由具有不同量DMSO的前体溶液制备，然后从ITO玻璃基板上剥离。比例尺，1毫米；（C）显示了钙钛矿基板界面处的空隙是如何形成的；（D）光浸MA0.6FA0.4PbI3薄膜的剥离钙钛矿-基板界面的俯视SEM图像。比例尺，1毫米。

使用CBH部分替代DMSO的p型/本征/n型（p-i-n）结构的PSC实现了23.6%的最大稳定功率转换效率（PCE），以及在60°C下运行550小时稳定性测试后没有效率损失。

此外，制备的孔径面积分别为18.1和50.0平方厘米的钙钛矿微型模块的认证PCE分别为19.3%和 19.2%。

图2.钙钛矿薄膜的表征：（A）DMSO和CBH的化学结构；（B）DMSO、CBH和添加DMSO和CBH的MA0.6FA0.4PbI3薄膜的FTIR光谱；（C）从ITO玻璃基板上剥离的目标钙钛矿薄膜的钙钛矿基板界面的俯视SEM图像。比例尺，1 毫米；（D）相同目标MA0.6FA0.4PbI3薄膜的（底部）钙钛矿-基板和（顶部）钙钛矿-空气界面的XPS光谱；（E）（左）对照和（右）目标钙钛矿薄膜在用485nm激光从玻璃侧激发的薄玻璃上的PL图。

图3. 钙钛矿微型模块的光伏性能：（A）孔径面积分别为17.9和50.1 cm2的两个钙钛矿微型模块的J-V特性；（B）NREL认证的微型模块MPP点周围的稳定电流电压点，孔径面积为18.1和50.0 cm2；（C）112个微型模块的平均效率与孔径面积的关系。（插图）112个微型模块的孔径效率分布；（D）五个钙钛矿微型模块在50°C模拟1-sun光照下的长期运行稳定性结果。大约400小时时PCE的突然变化是由更换剥离的PDMS抗反射层引起的。

参考文献：

Shangshang Chen, Xuezeng Dai, Shuang Xu, Haoyang Jiao, Liang Zhao, Jinsong Huang, Stabilizing perovskite-substrate interfaces for high-performance perovskite modules, Science, 2021, https://science.sciencemag.org/content/373/6557/902.