物质学院宁志军组窄带隙钙钛矿太阳能电池研究取得新进展

相比传统太阳能电池，钙钛矿太阳能电池具备高效率和低成本的特点，被认为是最具前景的下一代太阳能电池。但是目前广泛使用的铅钙钛矿材料带隙较宽，限制了其理论最高效率。近年来，基于宽带隙和窄带隙钙钛矿电池叠加的叠层太阳能电池由其较高的理论光电转换效率获得了大量关注。对于钙钛矿叠层电池来说，铅锡混合结构的高效窄带隙电池的制备极其关键。

虽然锡铅混合结构的带隙较窄，但是其效率多低于铅钙钛矿电池。此外，三维结构钙钛矿表面容易产生缺陷，且二价锡容易氧化，进一步增加了钙钛矿薄膜表面的缺陷，影响器件性能。利用卤素铵盐后处理形成表面低维结构是钝化钙钛矿薄膜表面缺陷常用的策略，然而，这种方法制备的低维结构的层数难以控制，尤其是单层结构的带隙较大，这使界面的载流子传输需要跨越较高的势垒。因此，全面的表面钝化和有效的界面载流子转移相结合是制备高效锡铅混合钙钛矿太阳能电池的关键。

为了解决上述问题，物质学院宁志军团队合成了一种新的盐——2-噻吩乙胺硫氰酸盐（TEASCN），用于在锡铅混合钙钛矿表面精确构建双层准二维结构。与普通的2-噻吩乙胺碘盐（TEAI）形成的单层结构相比， TEASCN产生的双层结构形成能更低，可在钙钛矿表面先形成单层结构，并在退火过程中转变为更稳定均一的双层结构。

与单层结构相比，该双层结构不仅可以有效钝化钙钛矿表面的缺陷，同时还有效降低了电荷转移势垒，实现载流子高效输运。因此，在不牺牲短路电流密度的情况下，器件的开路电压和填充因子都得到了大幅提高，第三方认证效率达到21.1%。研究还通过理论计算揭示了双层结构的形成机制，为准二维钙钛矿结构的精准调控提供了借鉴。

该成果以发表在国际期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。物质学院博士生虞丹妮和魏琪为共同第一作者，宁志军教授为通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。

论文标题：Quasi-2D Bilayer Surface Passivation for High Efficiency Narrow Bandgap Perovskite Solar Cells

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202202346