2021年7月5日， 香港理工大學李剛教授、武漢大學方國家教授、加州大學洛杉磯分校（UCLA）楊陽教授 發表了一篇Nature Photonics，題目為Stable and low-photovoltage-loss perovskite solar cells by multifunctional passivation1 。
這篇文章可謂歷經千辛萬苦，如下圖，投稿日期是2018年，發表日期是2021年，可以想象這篇文章的三年拒稿、argue歷程，祝賀發表。 值得注意的是：如下圖，這篇文章的電池效率認證時間是2021年3月24號，而文章被接收的時間是2021年5月12日，時間非常接近，相信第三方認證對文章接收起了重要作用。高效率認證有力地支撐起文中提出的體相和界面同時鈍化的策略，審稿人很可能因此同意接收， 所以第三方測試很重要！
首先，作者提出了一種通過同時鈍化體相缺陷和界面缺陷來減少電壓損失的有效方法。 如圖3a所示，作者在3D鈣鈦礦表面旋涂BABr分子，這種分子在退火后會擴散至3D體相中，形成表面2D、下面2D/3D的漸變鈣鈦礦結構，截面如圖3b所示。用ToF-SIMIS分析不同離子的垂直空間分布，發現BA+ 是漸變減少的，而BABr是二維結構的主要組成部分，因此可以判斷出表面存在一層超薄的2D結構，而內部是2D/3D結構。
進一步，作者優化了BABr的濃度：0-5 mg/ml。如下圖4所示，用BABr處理后的薄膜出現了低維結構的峰（n=2），并且低維結構是平行于基底的，因這些低維結構足夠薄，并不會阻礙載流子傳輸，同時可以鈍化表面缺陷。此外，后處理后，PbI2 和BABr的峰都沒有了，這是因為這兩個組分反應后形成了2D結構。 為了進一步證明后處理過的薄膜是漸變結構，如圖5，作者做了變角GIWAXS。當掠入射角度為0.1o 時，測試到的信號來自薄膜表面，低角度只發現n=2層數的鈣鈦礦峰；當增加掠入射角度到1o 時，探測深度較深，發現了n=2,3,4峰。變角GIWAXS證明了鈣鈦礦薄膜是2D到2D/3D的垂直分布結構。 最后，作者基于這種表面處理策略，做了太陽能電池，并分析了 非輻射復合電壓損失（V OC,nr ）。 作者用了兩種方法確定帶隙大小，EQE光譜（dEQE/dE）和Tauc曲線。如下圖6，作者測試了電致發光光譜（EL）來確定非輻射復合電壓損失。極低的非輻射復合電壓損失是高效太陽能電池的關鍵，而這些損失一般來自缺陷復合，而作者的表面處理策略正好可以同時鈍化體相和表面的缺陷。如下表所示，不同組分的電池在表面后處理之后，器件性能都有明顯提升。當鈣鈦礦帶隙為1.63 eV時，最大電壓為1.25 V，電壓損失為0.38 V，其中非輻射復合電壓損失為0.1 V。當帶隙為1.53 eV時，最大電壓為1.21 V，電壓損失為0.326 V，其中非輻射復合電壓損失為74 mV，實現了23.09%的認證效率，并提高了穩定性 鈣鈦礦太陽能電池領域非常火熱，好的設計思路和想法很重要，但要發頂刊， 還需配上第三方測試報告 。
1. Yang, G., Ren, Z., Liu, K. et al. Stable and low-photovoltage-loss perovskite solar cells by multifunctional passivation. Nat. Photon. (2021). https://doi.org/10.1038/s41566-021-00829-4
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