【原】中科院化学所宋延林研究员/汪洋副研究员Adv. Mater.：气固反应钝化钙钛矿模组

导语

钙钛矿薄膜中不可避免的缺陷是影响钙钛矿光伏器件效率与稳定性的主要因素之一。通常溶液法制备有机钝化层存在不完全钝化以及溶剂重构在钙钛矿表面二次引入缺陷，会造成钙钛矿光伏器件较低的重复性和不稳定性。

近日，中国科学院化学研究所宋延林研究员课题组利用二硫化碳气相钝化钙钛矿表面未配位的铅和碘空位等缺陷，提高钙钛矿太阳能模组的效率和稳定性。相关成果在线发表于Advanced Materials.（DOI: 10.1002/adma.202211593）。

前沿科研成果

气相钝化钙钛矿太阳能模组

溶液法由于旋涂的不均匀性会造成钙钛矿表面缺陷的不完全钝化，以及溶剂会重构钙钛矿表面引入新的缺陷。近日，中国科学院化学研究所的宋延林课题组利用二硫化碳气相钝化钙钛矿表面浅能级缺陷制备大面积钙钛矿光伏模组。该策略不仅能够有效钝化钙钛矿表面未配位的铅和碘空位，而且提高碘空位的缺陷形成能（0.54 eV）。通过二硫化碳处理的钙钛矿太阳能电池表现出25.20 %（0.08 cm²）和 20.66 %（40.6 cm²）的光电转换效率和优异的稳定性。

图1 气相钝化机理 （来源：Advanced Materials）

经过气相钝化处理后的钙钛矿表面的粗糙度和缺陷降低，同时促使钙钛矿取向生长。

 图2 气相钝化后的钙钛矿薄膜形貌、结晶性质和缺陷性质 （来源：Advanced Materials）

通过气相钝化处理的器件具有更适配的能级，较低的缺陷态密度和较低的非辐射复合中心。

 

图3 气相钝化后的钙钛矿器件表征 （来源：Advanced Materials）

气相钝化后的钙钛矿太阳能电池具有25.20%（0.08 cm²）和20.66%（40.6 cm²）的光电转化效率，同时在氮气条件下1 Sun LED照射下具有较长的T₈₀寿命。

 图4 气相钝化后的钙钛矿光伏性能 （来源：Advanced Materials）

总结

通过二硫化碳气相钝化方法不仅能够钝化钙钛矿表面碘空位、提高缺陷形成能，还可以优化薄膜质量，提升钙钛矿太阳能电池的光电转化效率和T₈₀寿命。该工作以“Efficient inorganic vapor-assisted defects passivation for perovskite solar module”为题发表在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.202211593）上，文章的第一作者为中国科学院化学研究所博士生张堃与汪洋副研究员，通讯作者是中国科学院化学研究所宋延林研究员和汪洋副研究员。

宋延林研究员课题组简介

 

宋延林研究员课题组聚焦绿色印刷光电器件的基础和应用研究。通过深入研究钙钛矿墨水性质、界面性质以及印刷过程中钙钛矿墨水流体动力学行为，实现了大面积钙钛矿太阳能电池的印刷制备。同时，将绿色印刷技术与光增益结构以及柔性器件相结合，发展了一系列高光捕获性能与检测钙钛矿器件，以期推动印刷钙钛矿光电器件的研究与应用。

作者简介

 

宋延林，中国科学院化学研究所研究员，绿色印刷重点实验室主任，。中国材料研究学会、中国印刷技术协会、中国感光学会、中国微米纳米技术学会常务理事；国际电工协会印刷电子工作组专家，Research、Droplet 副主编， J. Mater. Chem. C、Infomat、Giant、Carbon Energy 等期刊编委。主要从事光电功能材料、纳米材料与绿色印刷技术研究。作为首席科学家或项目负责人主持国家重点研发计划、中科院战略先导研究计划等项目30余项。已发表SCI 收录论文500余篇，H指数100，被引用35,000余次，并多次被Nature、Science 等作为研究亮点报道。主持和参加编写英文专著15部，中文专著2部；获授权中国发明专利100余项，美国、日本、欧盟、韩国等授权发明专利26项。获 2008年和2005 年国家自然科学二等奖，2016年北京市科学技术一等奖；2006 年获国家杰出青年科学基金资助。先后获中国青年科技奖、中国化学会-阿克苏诺贝尔化学奖、IEC1906奖、中科院杰出青年、中国科协求是杰出青年成果转化奖、毕昇印刷技术奖和中华印制大奖等。入选首批科技北京领军人才、中青年科技创新领军人才、万人计划、国家百千万人才工程及全国优秀科技工作者等。

 

汪洋，男，博士，毕业于北京航空航天大学，现任职于中国科学院化学研究所绿色印刷重点实验室副研究员，中国科学院青年促进会会员，iScience青年编委。从事大面积钙钛矿大面积模组器件、检测器及传感器的研究。主持国家自然科学基金与北京市自然科学基金，参与国家自然基金资助项目及国家重点基础研究发展计划。在Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Angewandte Chemie-International Edition、ACS Energy Letters、Nano Energy等重要国际学术期刊发表SCI论文40余篇，申请国内发明专利10项。

关于人物与科研

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