有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池因其低成本的加工方式和卓越的光电转换效率而被认为是下一代最有前途的光伏器件之一。但是界面缺陷引起的电荷复合使钙钛矿电池的光电转换效率仍然低于理论极限效率。此外，电池的长期稳定性仍然是阻碍其商业化的关键因素，这同样与多晶钙钛矿膜的缺陷密切相关。其中，钙钛矿薄膜中[PbI6]八面体中欠配位的铅(Pb)阳离子和碘(I)阴离子、离子空位、间隙离子和反位缺陷等点缺陷是非辐射性复合的主要来源，这一方面会导致开路电压损失，另一方面会引发钙钛矿薄膜的持续分解。因此，界面工程是钝化钙钛矿表界面的有效途径，有助于同步提高太阳能电池的光电转换效率和稳定性。
近日，中科院青岛能源所逄淑平研究员和王啸副研究员合成了一种聚甲基丙烯酸甲酯-丙烯酰胺共聚物作为界面钝化层，用于协同钝化欠配位的Pb离子和锚定[PbI6]八面体中的I。共聚物中的羰基与钙钛矿膜表面Pb离子具有配位作用，而共聚物中的酰胺基与[PbI6]八面体中的I之间的氢键作用可以锚定I离子，从而调控钙钛矿薄膜表面的I/Pb比。更重要的是，酰胺基-碘之间氢键的存在可以进一步增强羰基-铅之间的配位键，在降低界面能量损失的同时提高了器件的长期稳定性。此外，酰胺基的引入降低了聚合物在氯苯中的溶解度，确保了其在后续器件制备过程中不会受到破坏。
多官能聚合物的界面修饰层使太阳能电池的开路电压从1.12提高到1.22 V，光电转换效率达到了23.24%。并且显著提高了器件的稳定性，在最大功率点跟踪超过1000小时的情况下，器件保持95%的初始功率转换效率。此外，利用该方法制作了14 cm2(有效面积)太阳能电池组件，效率达到20.64%。该项工作证明了界面钝化层中配位键和氢键的多官能协同作用对减少电压损失和提高电池的长期工作稳定性具有重要意义。
论文信息
A Multifunctional Polymer as an Interfacial Layer for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells
Bingqian Zhang, Chen Chen, Xianzhao Wang, Xiaofan Du, Dachang Liu, Xiuhong Sun, Zhipeng Li, Lianzheng Hao, Caiyun Gao, Yimeng Li, Zhipeng Shao, Xiao Wang, Prof. Guanglei Cui, Prof. Shuping Pang
文章的第一作者张秉乾为中科院青岛能源所的研究助理
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202213478
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