钙钛矿太阳能电池（PSCs）经过十余年的迅速发展其光电转换效率（PCE）从3.8%显著提升至26.1%。其相对简单的生产过程、成本效益和较低的最大功率温度系数使之成为传统晶体硅太阳能电池的潜在替代品。然而，在结晶阶段，钙钛矿表面会形成诸多缺陷，如未配位的Pb2+、空位和反位缺陷等。这些缺陷会成为非辐射复合中心，显著影响PSCs的PCE和稳定性，严重阻碍了其商业化进程。研究表明，使用有机分子对钙钛矿进行表面钝化已成为解决上述问题行之有效的方法，其中小分子中的路易斯碱基团可与钙钛矿表面未配位的Pb2+形成强配位相互作用，且通过调制共轭结构单元的电子云密度或其侧链的空间位阻效应能够进一步提升缺陷钝化效果。
器件IV曲线及小分子-钙钛矿作用示意图
鉴于此，浙江工业大学潘军教授团队与合作者开发了一种简单且效能显著的钝化策略，在钙钛矿和空穴传输层界面引入了共轭结构的二苯基砜（DPS）和4,4′-二甲基二苯基砜（DMPS），并研究了电荷分布对上述小分子与钙钛矿相互作用的影响。在D-π-A结构的DMPS中加入甲基优化了电荷分布，增强了小分子与钙钛矿之间的钝化效果，从而改善了能级排列，促进了空穴的提取与传输。器件测试结果显示，基于DMPS处理的钙钛矿太阳能电池的PCE提高至23.27%；稳定性显著改善，在30%的相对湿度下老化1000小时后保持了92.5%的初始值。这种表面钝化策略为提高PSCs的光伏性能和环境稳定性提供了新的途径，增强了该领域的发展潜力。
小分子与钙钛矿的作用机制解析的相关表征
太阳能电池性能和稳定性表征
相关研究以“Engineering an organic electron-rich surface passivation layer for efficient and stable perovskite solar cells”为题于2024年6月5日发表于国际刊物Cell Reports Physical Science上，浙江工业大学为唯一通讯单位，朝晖特聘研究员何青泉和硕士生陈安为本文的共同第一作者，潘军教授和何青泉研究员为本文通讯作者。该工作得到了国家重点研发项目（2022YFE0113800），国家自然科学基金（52172160, 21805181），浙江省创新创业领军人才项目（2020R01002），浙江省省级高校基本科研业务费（RF-C2022005, RF-A2022010）的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.102030
