Edward H. Sargent教授，加拿大皇家科學院院士，加拿大工程院院士，加拿大科技部納米技術分部主席，InVisage Technologies 創始人，Xagenic共同創始人，AAAS會士，IEEE會士，ACS Photonics副主編。Edward H. Sargen教授作為世界著名材料學領域和光學專家，在可溶相處理的半導體太陽能電池和光探測器研究中所作出的杰出貢獻，Edward H. Sargen教授在Nature和Science等國際頂級期刊發表論文多篇，目前已獲引用超過101117次（Google數據），h-index高達163。

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2023年7月13日和14日先后兩天Edward H. Sargent教授分別在Nature和Science發文，其分別為“Homomeric chains of intermolecular bonds scaffold octahedral germanium perovskites”和“Engineering ligand reactivity enables high-temperature operation of stable perovskite solar cells”，均是在鈣鈦礦方面做出了諸多的研究。Nature的報道見推送“NS論文收割機，再度來襲！Edward H. Sargent再發Nature！”

屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PSC）是新興的光伏（PV）技術，有望在太瓦級中發揮作用。它們將高功率轉換效率（認證PCE高達25.7%）與使用豐富材料的低成本解決方案處理相結合。為了與晶體硅（c-Si）太陽能電池競爭并與c-Si在串聯電池中應用，PSCs將需要改進，例如在加速老化的高溫下的工作穩定性。

界面具有高缺陷密度和低離子轉移屏障，并且容易受到水分和氧氣誘導的降解，可以為PSC中的能量損失和降解提供途徑。在創紀錄效率的PSC中，界面已通過使用二維和三維 （2D/3D）混合結構進行鈍化，其中一層薄薄的Ruddlesden-Popper 2D?鈣鈦礦終止3D鈣鈦礦表面。

這些2D/3D結構是通過將鈣鈦礦表面暴露于含有銨配體的溶液中構建的，在此期間3D晶格被破碎成2D層。這種方法通常是有益的，因為2D覆蓋層增加了鈣鈦礦對降解。

一些研究表明，2D/3D界面在熱應力下的穩定性有限。已經取得了進展，最近的一項研究表明，在500℃，65%相對濕度（RH）和最大功率點（MPP）跟蹤的條件下具有65小時的運行穩定性，并通過加入3-氟苯乙基銨（3FPEA）插層得到增強。

鑒于這些有希望的性能和穩定性改進，該領域繼續追求更高的耐用性目標。有興趣將標準提高到85℃。

然而，銨配體與3D鈣鈦礦的反應性可能導致進一步滲透到塊鈣鈦礦薄膜，并可能導致在這些非常苛刻的應力條件下器件性能下降。因此，有必要探索了非侵入性表面鈍化配體，在以前的研究中，這些配體尚未實現2D/3D策略的明顯優勢。

在此，加拿大多倫多大學Edward H. Sargent院士，瑞士洛桑聯邦理工學院Michael Gr?tzel教授和, 美國Kenneth R. Graham教授使用與大量鈣鈦礦不反應的銨配體，并研究了系統地改變配體分子結構的文庫，發現氟化铇提供界面鈍化，同時最大限度地減少與鈣鈦礦的反應性。

使用這種方法，報告了反結構PSC的認證準穩態功率轉換效率為24.09%。在85°C和50%相對濕度下運行的封裝設備中，記錄了1560小時的T₈₅在1個太陽光照下的最大功率點。

相關文章以“Engineering ligand reactivity enables high-temperature operation of stable perovskite solar cells”為題發表在Science。

圖1. 銨態氮配體滲透的AR-XPS表征

圖2.?鈣鈦礦薄膜的相變

圖3.?DFT研究

圖4.?鈣鈦礦薄膜的熱穩定性

圖5.?鈣鈦礦太陽能電池與界面工程的光伏性能

So Min Park?, Mingyang Wei?, Jian Xu?, Harindi R. Atapattu, Felix T. Eickemeyer,

Kasra Darabi, Luke Grater, Yi Yang, Cheng Liu, Sam Teale, Bin Chen, Hao Chen, Tonghui Wang, Lewei Zeng, Aidan Maxwell, Zaiwei Wang, Keerthan R. Rao, Zhuoyun Cai, Shaik M. Zakeeruddin, Jonathan T. Pham, Chad M. Risko, Aram Amassian, Mercouri G. Kanatzidis, Kenneth R. Graham*, Michael Gr?tzel *, Edward H. Sargent*, Engineering ligand reactivity enables high-temperature operation of stable perovskite solar cells, Science, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi4107