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在鈣鈦礦太陽能電池中，鈣鈦礦與電荷傳輸層之間的界面含有高濃度缺陷(約為鈣鈦礦層內部缺陷的100倍)，尤其是深層缺陷，大大降低了器件的功率轉換效率。

最近，減少這些界面缺陷的努力主要集中在表面鈍化上。然而，鈣鈦礦與電子傳輸層界面的鈍化比較困難，因為電子傳輸層上的表面處理劑在覆蓋鈣鈦礦薄膜時可能會溶解。

在此，來自韓國浦項科技大學的Min Gyu Kim & 蔚山國立科學技術研究院的Tae Joo Shin & Sang Il Seok等研究者，報道了通過將Cl鍵合的SnO₂與含Cl的鈣鈦礦前驅體耦合，在SnO₂電子傳輸層和鹵化物鈣鈦礦吸光層之間形成夾層。該層間具有原子相干特性，增強了鈣鈦礦層的電荷提取和傳輸，減少了界面缺陷。

相關論文以題為“Perovskite solar cells with atomically coherent interlayers on SnO₂ electrodes”于2021年10月20日發表在Nature上。

鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)，由三碘化α-甲脒鉛(FAPbI₃)鈣鈦礦夾在電荷分離層和電荷傳輸層之間組成。PSCs的高效率，是通過在電荷選擇界面上與均勻的鈣鈦礦層，進行非輻射復合而實現的。通過最小化鈣鈦礦和電荷傳輸層之間的界面面積，可以減少在界面上的復合。對于較小的界面面積，平面電子傳輸層(ETLs)和涂層，非常平坦的鈣鈦礦薄膜是必不可少的。在界面復合損耗低的情況下，平面結構還需要實現良好的電荷提取和轉移。

由于SnO₂具有許多優點，如高電子遷移率和與鈣鈦礦和電極良好的能級排列，平面電極PSCs主要使用SnO₂ ETL進行研究。采用熱氧化錫(IV)異丙氧化物、沉積納米SnO₂、原子層沉積和化學鍍液沉積等方法，制備了用于平面PSCs的SnO₂。除了這些沉積SnO₂電極的方法外，還進行了大量的研究，以通過表面鈍化減少界面復合損失，并通過摻雜控制能量水平和增加電荷傳輸。

界面鈍化，可以進一步減少鈣鈦礦與電荷傳輸層之間的非輻射復合。鈣鈦礦表面的長有機鹽鈍化，已經被證明大大減少了空穴傳輸層(HTL)和FAPbI₃鈣鈦礦之間的界面缺陷。從Sn(IV)Cl₄溶液中衍生出SnO_x-Cl膠體，形成甲基碘化錫銨(MA₂SnI₆)和SnO₂，當甲基碘化錫銨(MAI)共存時Cl^–和I^–離子自發交換反應。也有報道稱，鈣鈦礦前驅體中含有Cl離子，導致大量Cl離子滯留在鈣鈦礦與ETL電極之間的界面上。因此，研究者注意到，當鹵素結合的SnO₂和鈣鈦礦前驅體接觸時，它們形成了化學上相互連接的界面。

在此，研究者報道了鈣鈦礦薄膜和涂有含Cl的FAPbI₃鈣鈦礦前驅體(Cl-cPP)溶液的Cl-結合SnO₂(Cl-bSO)電極之間形成的共格層。

研究者利用表面靈敏掠入射X射線吸收精細結構(XAFS)、同步輻射掠入射廣角X射線衍射(GI-WAXD)以及高分辨率透射電子顯微鏡(h- tem)證實了這一夾層的存在。從這些分析表征中，研究者推斷出在鈣鈦礦和SnO₂之間，形成了一個原子相干層的晶體FASnCl_x相。鈣鈦礦和ETL之間的夾層，降低了界面電荷復合損耗和接觸電阻，使PSC的功率轉換效率達到25.8%。此外，未封裝的器件，即使在連續光照500小時后，仍保持約90%的初始效率。

圖1. Cl-bSO和Cl-cPP形成夾層

圖2. 應用鈣鈦礦前驅體溶液前后，SnO₂電極中錫原子周圍的局部幾何環境

圖3. 在Cl-bSO和SnO₂上應用Cl-cPP后的二維GI-WAXD圖、HR-TEM和光致發光

圖4. 基于不同電極的PSCs性能研究

綜上所述，這一結果為高效、穩定的PSCs光電電極的制備和設計提供了新的策略。

據悉，這是Sang Il Seok教授在2021年的第一篇Nature正刊，但同時這也是教授自2014年來，保持年均一篇正刊的進度，如約為我們奉上了今年的正刊；而此前，Sang Il Seok教授已經發表了7篇Science和1篇Nature。不知是巧合還是偶然，Sang Il Seok教授就是年均(2016年沒能上正刊，2017年發了兩篇Science)一篇正刊，或許這就是大佬的世界吧，就是這么的樸實無華，不貪多，一年一篇足矣(此前，我們已有報道“連載6年，他發表的正刊可以拍連續劇：6篇Science，1篇Nature”。

最后，我們再來膜拜一下大佬吧。

Sang II Seok教授是蔚山科學技術大學（UNIST）能源與化學工程學院教授，兼任韓國化學技術研究所（KRICT）研究員。Sang II Seok團隊主要研究內容為介孔結構/半導體納米晶體（包括量子點和有機金屬鹵化物鈣鈦礦材料）/有機空穴導體用于高性能無機-有機混合光伏電池包括光電探測器、太陽能電池以及其他新型應用。2014-2020年，他平均每年發表一篇正刊，在Science發表6篇，在Nature發表1篇。

此外，自2012年以來，Sang II Seok教授還發表了諸如Nature Energy(2篇)、Nature Photonics(1篇)、Nature Materials(1篇)、AM(4篇)、AFM(1篇)、AEM(4篇)、Nano Letters(3篇)、Energy Environ. Sci.(7篇)、J. Am. Chem. Soc.(4篇)、Angew. Chem. Int. Ed.(1篇)、Nature Comm.(2篇)等。

產量之多，質量之優，令人咂舌！

此外，據悉Sang II Seok教授，已經被授予了2022年的蘭克光電子學獎。

而蘭克獎是英國頂級科學獎之一，被認為是光電子學、營養學界的“諾貝爾”獎。獲獎對象主要是在全球光電子科學或營養領域進行原始創新并對人類社會作出重要貢獻者。

2022年蘭克光電子學獎授予來自幾個研究實驗室的七位國際領先科學家，他們率先開發了基于鈣鈦礦半導體的新太陽能電池技術，有望在未來的太陽能發電領域發揮關鍵作用。
2022年是蘭克獎設立的50周年，該獎自1972年以來一直在慶祝杰出的科學突破。蘭克獎每兩年在光電子學和營養學領域頒發一次：這兩個領域與蘭克勛爵的商業利益有關。該獎項頒發給在這些領域做出重大貢獻的個人，即最初的想法已經通過實際應用，已經或將要對人類產生明顯的好處。

可以看出，能獲獎的科學家，都是鈣鈦礦領域中的翹楚。

這不，剛剛獲獎，那就發個正刊祝賀一下！就是這么的樸素無華……

文獻信息

Min, H., Lee, D.Y., Kim, J. et al. Perovskite solar cells with atomically coherent interlayers on SnO₂ electrodes. Nature 598, 444–450 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03964-8

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03964-8#citeas

https://seoksi.unist.ac.kr/publication/

https://www.rankprize.org/prize/optoelectronics/winners/2022/

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繼6篇Science和1篇Nature之后，今年的Nature如約而至……

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