一、【科学背景】

        近年来，钙钛矿太阳能电池的研究吸引了广泛关注。随着研究的深入，钙钛矿太阳能电池效率迅速提升。其中，正置（n-i-p）钙钛矿太阳能电池的认证效率已达到25.7%。相比正置钙钛矿太阳能电池，倒置（p-i-n）钙钛矿太阳能电池具有潜在的更加优秀的运行稳定性。然而，目前具有高效率的倒置太阳能电池只能在惰性气氛保护下制备，且最高效率仅为24.7%。在空气中制备的倒置钙钛矿太阳能电池效率进一步降低，仅为23%。探索一条在空气中制备高效倒置钙钛矿太阳能电池的策略是推动其商业应用的关键。

二、【创新成果】

        近日，来自中国科技大学的徐集贤教授团队在Nature Energy发表了题为“Inhibition of halide oxidation and deprotonation of organic cations with dimethylammonium formate for air-processed p-i-n perovskite solar cells”的论文，该项研究首先系统的总结了空气中制备倒置钙钛矿太阳能电池效率较低的原因。分析表明，空气中制备钙钛矿太阳能电池的全部过程（前驱体溶液储存、钙钛矿薄膜结晶）均受到空气中的水、氧影响从而导致钙钛矿太阳能电池性能的劣化。为解决这一问题，在本项研究中，研究者设计并合成了一种能够在全制备流程中起到保护作用的离子液体型稳定剂，甲酸二甲基胺 (DMAFo)。对于钙钛矿前驱体溶液，该稳定剂的高还原性以及其与钙钛矿前驱体间形成的配位键和氢键可以显著抑制I^-离子的氧化和有机阳离子的去质子化，显著延长钙钛矿溶液在高温空气环境中的存储时间。不仅如此，DMAFo对于钙钛矿薄膜在空气中的结晶过程也起到保护作用。DMAFo的加入可以提升薄膜结晶度，减少结构缺陷并降低表面电势的无序度，进而抑制载流子的非辐射复合。该项研究表明，抑制钙钛矿结晶过程中所形成的p型缺陷并减小缺陷的束缚截面是提升空气中制备的钙钛矿太阳能电池性能的关键。基于以上结论，本项研究成功的在空气中制备了开路电压在1.185 eV的倒置钙钛矿太阳能电池，并获得了25.4%的实验室效率和24.7%的认证效率，已接近在氮气中制备的同类器件的最高水平。

图1 DMAFo对空气中钙钛矿前驱体溶液的稳定 © 2024 Springer Nature

图2 DMAFo对钙钛矿在空气中结晶的作用 © 2024 Springer Nature

图3 空气中制备的钙钛矿薄膜表面和体相质量的提升 © 2024 Springer Nature

图4 空气中制备的p-i-n太阳能电池性能的提升 © 2024 Springer Nature

三、【科学启迪】

        该研究不仅提出了空气中制备倒置钙钛矿太阳能电池的新策略，有助于倒置钙钛矿太阳能电池的大规模制备；同样重要的是，该项研究所提出的通过添加剂减小缺陷吸收截面的策略有望应用于钙钛矿基发光材料，为进一步提升钙钛矿光电器件性能提供了重要启示。

原文详情：https://doi.org/10.1038/s41560-024-01471-4