西安交大科研人员设计“碱金属氟化物夹层结构”实现高效反型钙钛矿太阳能和室内光伏器件

近年来，有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳能电池引起国内外广泛关注，高效率及高稳定性是主要追求目标。目前，随着薄膜及器件制备工艺的不断精进，光电转化效率得到飞速提升，界面问题越来越成为限制器件效率的关键。特别是钙钛矿与电荷传输层界面处的能级失配以及界面非辐射复合的出现，阻碍了电荷的有效传输，也限制着器件的长期稳定性提高。

针对以上钙钛矿太阳能器件中存在的问题，西安交通大学吴朝新教授课题组巧妙设计了一种“碱金属氟化物夹层结构”，分别修饰钙钛矿与电荷传输层间的上下界面，实现了效率和稳定性的双重提高。结合DFT理论计算，“碱金属氟化物-钙钛矿”螯合提高了钙钛矿表面VI的形成能势垒，有效抑制界面非辐射复合，显著提升器件开路电压；同时，碱金属氟化物界面修饰微妙地调控了钙钛矿上下界面的表面能级，保证电荷的有效传输且抑制电子空穴反向复合。此外，通过飞秒二次质谱仪及XPS测试，证实一层超薄且致密的碱金属氟化物层有效实现双向离子迁移抑制，作为物理阻挡层，是高稳定性的基本保证。采用“碱金属氟化物夹层结构”最终实现了反型器件22.02%的效率（认证效率20.4%），且实现了35.7% (1000 lux white LED light)的室内光电转化效率。

这项工作为界面调控实现高效稳定钙钛矿太阳能器件的设计开辟了新的途径，为未来设计兼具高效且高稳定钙钛矿太阳能及室内光伏器件提供了一个新策略。

该项研究工作以题目为“Impermeable inorganic“walls”sandwiching perovskite layer toward inverted and indoor photovoltaic devices”近期发表于国际期刊Nano Energy。第一作者为课题组博士徐洁和郗俊，吴朝新教授、董化副教授、李璟睿特聘研究员和郗俊博士为通讯作者，西安交通大学为第一作者单位和唯一通讯作者单位。该工作得到自然科学基金委项目等的支持。

吴朝新教授团队长期研究新型功能材料的“光-电”与“电-光”物理机制及其器件应用如太阳能电池与发光二极管，近期有多项重要成果发表于JACS，Joule，Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Angewandte Chemie International Edition等国际顶级期刊。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106286

吴朝新教授主页：http://zhaoxinwu.gr.xjtu.edu.cn