北京大学黄春辉课题组《Adv.Mater.》：在高效自修复锡基钙钛矿工作中取得新进展

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有机-无机杂化钙钛矿材料由于其优异的光电性能引起了科研工作者广泛的关注，但传统钙钛矿中Pb的毒性限制了其商业化进程，用环境友好的Sn元素替代Pb能够有效地解决这一问题。然而，Sn基钙钛矿太阳能电池目前存在效率低、稳定性差等问题。近日，北京大学化学与分子工程学院黄春辉课题组刘志伟副教授等在制备Sn基钙钛矿研究中取得了新的进展。通过引入具有还原性作用的盐酸苯肼（PHCl）作为自修复缺陷态钝化剂，成功制备了光电转化效率可达11.4%的Sn基钙钛矿太阳能电池。

在这项工作中，作者发现在FASnI3前驱液中加入PHCl后，薄膜的晶粒变得大且光滑，但是过量引入PHCl时会有孔洞产生。通过瞬态光谱测试，发现PHCl引入后可以将载流子寿命从7.6 ns提升至25.6 ns，说明PHCl的引入有效地抑制了载流子的复合。通过采用氧化铟锡（ITO）/聚(3,4-乙撑二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）/FASnI3/C60/2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉（BCP）/银（Ag）的反向器件结构制备的相应的太阳能电池，最佳器件的光电转化效率可达11.4%，并拥有很好的可重复性(图1)。同时器件也具备较高的稳定性，未封装的器件在手套箱中保存110天后效率几乎无衰减。此外，当器件暴露在含氧环境10天后，可以发现其在短时间内表现出效率恢复特性。

图 1 （a）最佳器件的J-V特征曲线，（b）48个掺杂5% PHCl 的钙钛矿器件的光电转换效率PCE直方图，（c）掺杂5% PHCl 的钙钛矿器件在0.56 V 偏压下的稳态输出光电流和稳定输出功率，（d）掺杂5% PHCl和未掺杂钙钛矿器件在手套箱中的放置稳定性。

为了探究器件的高效率、高稳定性和自修复性能的根源，作者结合稳态发射光谱、X射线光电子能谱以及前驱液原位反应等测试，发现PHCl能够还原前驱液中的Sn4+。这一结果表明，PHCl的引入能够降低前驱液和钙钛矿薄膜中Sn4+的含量，即使器件中部分Sn2+被氧化了，薄膜中的PHCl也能将其还原（图2）。此外，PHCl的苯基对水和氧具有阻滞作用，也在一定程度上抑制了Sn2+的氧化。这些综合性因素使得器件同时具备了优异的光电转化效率、高稳定性和自修复性能，为Sn基钙钛矿的发展提出了一个新的研究思路。

图 2 PHCl作为自修复缺陷态钝化剂的作用机理示意图

该工作近期发表在Advanced Materials上，北京大学化学与分子工程学院博士研究生王程博和顾飞丹是文章的共同第一作者，通讯作者为刘志伟副教授。该工作得到国家自然科学基金、北京市教委科技计划重点项目的支持。以上工作在X-Mol上也有相关介绍（https://www.x-mol.com/news/457987）。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201907623

来源：北京大学

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