科学新知: 2022 JOUEL(IF41.248 ): PSCs效率达到24.95%!稳定铅卤钙钛矿晶界的预退火处理方法

       在过去的十年中，随着能量转换效率的已经超过25%，使得低成本溶液法制备的金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）在未来有望实现商业化。然而，由于各种缺陷的存在，晶界 (GBs) 已被证明会在光、湿气和/或热应力下引发金属卤化物钙钛矿降解，这使得它们在钙钛矿太阳能电池 (PSC) 中极为脆弱。

        针对晶界的优化策略有很多，典型的有组分调节、添加剂钝化以及低维材料修饰等。值得注意的是，这些方法都是在缺陷形成之后起作用的，即对钙钛矿晶界处已形成的缺陷进行处理。虽然客观上钝化了缺陷，但是效果有限，一旦进一步加热处理，钙钛矿依然优先从晶界开始分解。因此，提出一种持久有效的预先稳定晶界的方法显得尤其重要。

        尽管各种后处理已被证明可有效修复 GB，但防止钙钛矿 GB 的降解仍然是一项极其艰巨的挑战。JOUEL于2022年10月刊登了一则报导，研究团队采用了一种通用的预退火处理方法，用于重建顺序沉积的钙钛矿微晶和 GB。在该策略下，透过大钙钛矿晶粒的抑制缺陷，可以创建稳健的 GB。

        该方法解决了钙钛矿薄膜材料在热应力和水汽作用下的生长行为和退化机理，即在热应力和水气作用下的钙钛矿薄膜退火前，使用少量的油胺氯（OACl）对钙钛矿薄膜进行预处理，该动作从根本上改变了其在退火过程中的结晶和分解模式。提前干预使得钙钛矿及其晶界在退火过程中得到了重构。这不仅提高了晶体质量，而且有效抑制了晶界处的缺陷和残余PbI2的形成，从而大幅提升了器件的效率和稳定性。

        结果，由此产生的 n-i-p 结构 PSC 提供了令人印象深刻的近 25% 的功率转换效率和 85.5% 的极高填充因子。未封装电池在惰性气氛中以约 55°C 的最大功率点连续运行 1,000 小时后，仍保持其初始效率的 81%，显示出显著提高的光稳定性。

        该研究是在该领域首次呈现了将PbI₂分布到钙钛矿晶粒表面而不是晶界的过程，说明对残余PbI₂的调控与钙钛矿稳定性的提升是正向的。该提前干预处理方法不仅对于提高钙钛矿太阳能电池的光稳定性非常重要，而且对于增强钙钛矿光伏领域对钙钛矿太阳能电池的商业化也具有重要意义。