钙钛矿

III不同后处理条件下钙钛矿表面的能级结构

不同后处理条件下钙钛矿表面的能级结构。

为了构建3D/PDAI₂/1D异质结，先采用一步反溶剂法在ITO/SAM基底制备3D钙钛矿，再沉积PDAI₂构筑场效应钝化层，该分子一端的胺基可填补钙钛矿表面阳离子空位，另一端的胺基参与形成偶极场排斥界面少子空穴；

将3D/PDAI₂/1D样品GIWAXS数据，与一维钙钛矿(4APy)₂PbI₄的SCXRD谱比较，证明了使用4APyCl对3D钙钛矿表面进行后处理可原位生成一维钙钛矿(4APy)₂PbI₄。

通常，在溶液处理步骤中，通过在三维钙钛矿表面旋涂二维有机配体并退火形成二维(2D)钙钛矿层。

通过基于同步辐射的掠入射广角X射线散射(GIWAXS)测试薄膜表面，可以发现未经处理3D钙钛矿表面存在有害的过量PbI₂杂质，经PDAI₂或4APyCl处理后均可有效去除。

未经修饰的3D钙钛矿薄膜表面平均功函数为4.70eV；

通过开尔文探针力显微镜(KPFM)表征不同后处理钙钛矿薄膜的表面电学性能，获取了各样品表面电势即功函数的分布，得到平均值及均方根粗糙度参数。

SCLC测试与导电AFM测试中，更高的空穴迁移率和平均表面电流也验证了经共轭有机铵碘化物配体修饰的钙钛矿薄膜具有更好的空穴传输能力。

测试了共轭有机铵碘化物配体修饰的钙钛矿薄膜的UPS谱图，缩小的费米能级与VBM的能级差，证明共轭有机铵碘化物配体为p型材料。

通过DFT模拟了两种二维钙钛矿的结构，其晶格间距与测试二维钙钛矿薄膜的XRD得到的数据相符。

GIXRD表明，GSH的加入能够有效释放钙钛矿薄膜内部的残余应力(从92.61MPa降低至34.77MPa)。

GSH-GSSG循环反应清除钙钛矿薄膜中有害的Sn⁴⁺、Sn⁰和Pb⁰等氧化还原杂质，降低缺陷态密度，提升太阳能电池的稳定性。

GSH的掺入有效缓解了钙钛矿薄膜内的残余应力，并抑制缺陷的形成。

IIGSH对钙钛矿薄膜结晶动力学调控与薄膜质量提升

ToF-SIMS揭示了GSH主要分布在钙钛矿薄膜的上、下表面，形成抗氧化保护壳。

XPS证实该氧化还原循环能够有效降低薄膜内Sn⁴⁺含量、同时钙钛矿薄膜在空气中的稳定性得到显著提升。

为了进一步探究GSH提升钙钛矿薄膜结晶质量的机理，原位UV-Vis吸收光谱、PL光谱以及GIWAXS表征了钙钛矿薄膜的结晶动力学过程，揭示了GSH延迟钙钛矿成核并延长了退火过程中的再结晶时间，抑制了铅锡混合钙钛矿结晶过程中锡基钙钛矿晶粒的快速析出，为退火过程中钙钛矿晶粒生长提供时间窗口，提升薄膜结晶质量。

光伏性能统计分布显示效率的提升主要来自于开路电压与填充因子的提高，这主要归因于GSH对缺陷的钝化作用以及调控结晶过程提升钙钛矿薄膜质量。

叠层器件截面SEM显示，GSH修饰的窄带隙钙钛矿薄膜形成大颗粒柱状晶。

如图2所示，GSH能够减少钙钛矿薄膜埋底界面的裂纹和孔洞，提升埋底界面接触质量。

此外，GSH与钙钛矿之间的强配位作用通过调控成核与生长动力学，实现了对结晶过程的精确调制，改善了钙钛矿薄膜的质量。

GSH分子中具有丰富的羰基、羧基等官能团，可与钙钛矿Sn2⁺/Pb2⁺离子形成强配位作用，有效调控了钙钛矿结晶动力学过程。

GSH对铅锡混合钙钛矿结晶动力学的调控作用。

基于此，单结Pb-Sn钙钛矿电池实现了23.71%的能量转换效率，全钙钛矿两端叠层电池获得了28.49%的效率。

本工作建立了一种兼具抗氧化与结晶调控功能的氧化还原梭策略，为Pb-Sn钙钛矿太阳能电池性能提升提供了新思路，将会有力推动高效、稳定的全钙钛矿电池的发展。

截面SEM表征显示，在GSH调控下，钙钛矿材料从纵向多晶薄膜转变为致密柱状大晶粒。

然而，Pb-Sn混合钙钛矿材料的性能与稳定性长期受限于薄膜内的氧化还原杂质：Sn2⁺易氧化为Sn⁴⁺、歧化反应产生Sn⁴⁺和Sn⁰、钙钛矿分解产生Pb⁰等。

同时，GSH分布在钙钛矿晶粒之间，连接晶粒并作为缓冲介质释放薄膜残余应力。

该工作为铅锡混合钙钛矿的抗氧化与结晶协同调控提供了新的材料化学思路，推动了高效稳定全钙钛矿叠层电池的发展。

同时4APyCl的后处理使得多余PbI₂杂质转化为一维钙钛矿封盖层，实现形貌与表面电势均质化。

本研究通过顺序沉积，在3D/PDAI₂上成功制备了高度取向有序的一维钙钛矿封盖层。

PTAA基正式器件突破26%：采用P-TPEAI修饰的PTAA基正式器件获得了26.13%的光电转换效率，是目前以PTAA为空穴传输材料的2D/3D钙钛矿太阳能电池的最高效率。

本研究中，通过拓展π共轭结构，开发了两种三苯胺类共轭配体，并将其应用于PTAA基2D/3D钙钛矿太阳能电池。

该工作为发展高效稳定钙钛矿太阳能电池提供了一个有效的分子设计策略。

GSH修饰对铅锡混合钙钛矿太阳能电池(PSC)光电性能的提升

GSH修饰的Pb-Sn混合钙钛矿太阳能电池实现了23.71%的能量转换效率(PCE)，开路电压提升至0.89V。

柔性钙钛矿太阳能电池规模化制备及其应用研究。

经GSH修饰后，Pb-Sn单结钙钛矿太阳能电池的开路电压从0.81V提高至0.89V，短路电流密度从32.14提升至33.72mAcm⁻2，填充因子从73.95%提高至79.03%，冠军效率从19.19%提升至23.71%。

主要从事柔性钙钛矿太阳能电池规模化制备及其应用研究，目前已在Nat.

截面KPFM测试进一步揭示了GSH对内建电场的影响，经GSH修饰后，钙钛矿埋底界面处的内建电场明显增强，有利于载流子提取。

基于高效稳定Pb-Sn单结电池，进一步制备全钙钛矿叠层电池，器件结构为ITO/NiOx/宽带隙钙钛矿/C60/BCP/InOx/ITO/PEDOT:

本研究提出了一种自然启发的GSH氧化还原梭策略，该策略兼具可再生抗氧化性能和钙钛矿结晶调控能力，有效提升Pb-Sn钙钛矿单结电池和全钙钛矿叠层电池效率和稳定性。

V不同结构钙钛矿光伏器件的性能和稳定性

不同结构钙钛矿光伏器件的性能和稳定性。

有机双胺盐化学及场效应钝化提升钙钛矿光伏器件性能北京大学陈志坚/曲波/肖立新团队:

有机双胺盐化学及场效应钝化提升钙钛矿光伏器件性能精选

IV全钙钛矿两端叠层电池的高效稳定性能

以此构建的全钙钛矿两端叠层电池效率达到28.49%，并在连续光照560小时后仍保持初始效率的90%，展现出优秀的运行稳定性。

PDAI₂可引导一维钙钛矿的Pb-I八面体链垂直有序排布，形成连续面外载流子传输通道，避免导电性较差的有机分子阻碍电荷输运。

预先锚定的PDAI₂不仅提供了场效应钝化，还为随后PbI₂与4APyCl结合组装的1D钙钛矿的Pb-I八面体链的垂直排列提供了模板，建立了连续的面外电荷传输通道，实现了有效的表面缺陷钝化、有利的能级对齐和增强的界面载流子提取。

预键合的PDAI₂不仅提供了场效应钝化，而且还模板化了具有连续面外电荷传输通道的1D钙钛矿Pb-I八面体链的后续垂直排列。

II构建2D/3D异质结，促进钙钛矿/PTAA界面电荷输运

共轭配体的应用不仅增强了二维钙钛矿内部，还有效地改善了在钙钛矿/PTAA界面的空穴输运能力。

结合密度泛函理论计算模拟和系列实验发现，P-TPEAI中的π拓展模式对增强二维钙钛矿内相邻间隔阳离子之间的分子间相互作用以及钙钛矿/PTAA界面的分子间相互作用具有更显著的影响，从而在器件中起到了协同的空穴转移促进作用。

GSH-GSSG循环反应清除钙钛矿薄膜中有害的Sn⁴⁺、Sn⁰和Pb⁰等氧化还原杂质，降低缺陷态密度，提升太阳能电池的稳定性。

PDAI₂场效应钝化与有序一维钙钛矿钝化协同作用，有效抑制界面非辐射复合。

低维界面层被广泛用于钝化钙钛矿太阳能电池光活性层表面和晶界缺陷，抑制非辐射复合，促进能带匹配，提高器件的效率和稳定性。

GSH的掺入有效缓解了钙钛矿薄膜内的残余应力，并抑制缺陷的形成。

UPS和Taucplot测试研究了GSH修饰对钙钛矿能带结构的影响，结果表明GSH修饰后钙钛矿导带和价带能级均下降0.19eV，更有利于电子从钙钛矿层到电子传输层(ETL)的提取并抑制空穴向ETL传输。

为了进一步探究GSH提升钙钛矿薄膜结晶质量的机理，原位UV-Vis吸收光谱、PL光谱以及GIWAXS表征了钙钛矿薄膜的结晶动力学过程，揭示了GSH延迟钙钛矿成核并延长了退火过程中的再结晶时间，抑制了铅锡混合钙钛矿结晶过程中锡基钙钛矿晶粒的快速析出，为退火过程中钙钛矿晶粒生长提供时间窗口，提升薄膜结晶质量。

如图1所示，谷胱甘肽(GSH)在Pb-Sn混合钙钛矿中建立了可再生的GSH-GSSG氧化还原梭机制，能够有效抑制Sn2⁺氧化，同时消除氧化还原杂质Sn⁴⁺,Pb⁰/Sn⁰等。

ToF-SIMS揭示了GSH主要分布在钙钛矿薄膜的上、下表面，形成抗氧化保护壳。

PDAI₂和4APyCl的协同n型掺杂促进了3D钙钛矿与ETL之间的能级对齐，从而共同促进了电子提取并阻挡空穴。

通过紫外光电子能谱(UPS)测试，可以发现PDAI₂产生的偶极场与3D钙钛矿/电子传输层的内建电场方向一致，可强化电场并促进电子输运；

II构建2D/3D异质结，促进钙钛矿/PTAA界面电荷输运

结晶调控、界面优化：GSH中丰富的官能团与钙钛矿具有强配位作用，调控钙钛矿成核与生长动力学，释放薄膜残余应力并优化界面电荷分离与提取，促进载流子高效提取与分离。

此外，相较于纯铅基钙钛矿，Sn2⁺与常用溶剂/配体的配位作用相对较弱，容易导致锡基钙钛矿结晶过程过快与结晶动力学失控，从而形成大量空位、晶界和针孔等缺陷，严重制约载流子传输并缩短器件寿命。

GSH对铅锡混合钙钛矿结晶动力学的调控作用。

PSS/窄带隙钙钛矿/C60/BCP/Ag，其中电子束蒸镀InOx用作溅射ITO缓冲层，防止溅射过程对宽带隙钙钛矿的破坏作用。

通过X射线光电子能谱(XPS)分析钝化分子与3D钙钛矿的相互作用。

改善空穴传输：在二维钙钛矿内部，拓展π共轭策略使得相邻阳离子层之间的相互作用得到增强，加强了空穴传导；

结合密度泛函理论计算模拟和系列实验发现，P-TPEAI中的π拓展模式对增强二维钙钛矿内相邻间隔阳离子之间的分子间相互作用以及钙钛矿/PTAA界面的分子间相互作用具有更显著的影响，从而在器件中起到了协同的空穴转移促进作用。

结晶调控、界面优化：GSH中丰富的官能团与钙钛矿具有强配位作用，调控钙钛矿成核与生长动力学，释放薄膜残余应力并优化界面电荷分离与提取，促进载流子高效提取与分离。

此外，GSH与钙钛矿之间的强配位作用通过调控成核与生长动力学，实现了对结晶过程的精确调制，改善了钙钛矿薄膜的质量。