Edward H. Sargent教授，加拿大皇家科學(xué)院院士，加拿大工程院院士，加拿大科技部納米技術(shù)分部主席，InVisage Technologies 創(chuàng)始人，Xagenic共同創(chuàng)始人，AAAS會(huì)士，IEEE會(huì)士，ACS Photonics副主編。Edward H. Sargen教授作為世界著名材料學(xué)領(lǐng)域和光學(xué)專家，在可溶相處理的半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池和光探測(cè)器研究中所作出的杰出貢獻(xiàn)，Edward H. Sargen教授在Nature和Science等國(guó)際頂級(jí)期刊發(fā)表論文多篇，目前已獲引用超過(guò)101117次（Google數(shù)據(jù)），h-index高達(dá)163。

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2023年7月13日和14日先后兩天Edward H. Sargent教授分別在Nature和Science發(fā)文，其分別為“Homomeric chains of intermolecular bonds scaffold octahedral germanium perovskites”和“Engineering ligand reactivity enables high-temperature operation of stable perovskite solar cells”，均是在鈣鈦礦方面做出了諸多的研究。Nature的報(bào)道見(jiàn)推送“NS論文收割機(jī)，再度來(lái)襲！Edward H. Sargent再發(fā)Nature！”

屬鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）是新興的光伏（PV）技術(shù)，有望在太瓦級(jí)中發(fā)揮作用。它們將高功率轉(zhuǎn)換效率（認(rèn)證PCE高達(dá)25.7%）與使用豐富材料的低成本解決方案處理相結(jié)合。為了與晶體硅（c-Si）太陽(yáng)能電池競(jìng)爭(zhēng)并與c-Si在串聯(lián)電池中應(yīng)用，PSCs將需要改進(jìn)，例如在加速老化的高溫下的工作穩(wěn)定性。

界面具有高缺陷密度和低離子轉(zhuǎn)移屏障，并且容易受到水分和氧氣誘導(dǎo)的降解，可以為PSC中的能量損失和降解提供途徑。在創(chuàng)紀(jì)錄效率的PSC中，界面已通過(guò)使用二維和三維 （2D/3D）混合結(jié)構(gòu)進(jìn)行鈍化，其中一層薄薄的Ruddlesden-Popper 2D?鈣鈦礦終止3D鈣鈦礦表面。

這些2D/3D結(jié)構(gòu)是通過(guò)將鈣鈦礦表面暴露于含有銨配體的溶液中構(gòu)建的，在此期間3D晶格被破碎成2D層。這種方法通常是有益的，因?yàn)?D覆蓋層增加了鈣鈦礦對(duì)降解。

一些研究表明，2D/3D界面在熱應(yīng)力下的穩(wěn)定性有限。已經(jīng)取得了進(jìn)展，最近的一項(xiàng)研究表明，在500℃，65%相對(duì)濕度（RH）和最大功率點(diǎn)（MPP）跟蹤的條件下具有65小時(shí)的運(yùn)行穩(wěn)定性，并通過(guò)加入3-氟苯乙基銨（3FPEA）插層得到增強(qiáng)。

鑒于這些有希望的性能和穩(wěn)定性改進(jìn)，該領(lǐng)域繼續(xù)追求更高的耐用性目標(biāo)。有興趣將標(biāo)準(zhǔn)提高到85℃。

然而，銨配體與3D鈣鈦礦的反應(yīng)性可能導(dǎo)致進(jìn)一步滲透到塊鈣鈦礦薄膜，并可能導(dǎo)致在這些非常苛刻的應(yīng)力條件下器件性能下降。因此，有必要探索了非侵入性表面鈍化配體，在以前的研究中，這些配體尚未實(shí)現(xiàn)2D/3D策略的明顯優(yōu)勢(shì)。

在此，加拿大多倫多大學(xué)Edward H. Sargent院士，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Michael Gr?tzel教授和, 美國(guó)Kenneth R. Graham教授使用與大量鈣鈦礦不反應(yīng)的銨配體，并研究了系統(tǒng)地改變配體分子結(jié)構(gòu)的文庫(kù)，發(fā)現(xiàn)氟化铇提供界面鈍化，同時(shí)最大限度地減少與鈣鈦礦的反應(yīng)性。

使用這種方法，報(bào)告了反結(jié)構(gòu)PSC的認(rèn)證準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)功率轉(zhuǎn)換效率為24.09%。在85°C和50%相對(duì)濕度下運(yùn)行的封裝設(shè)備中，記錄了1560小時(shí)的T₈₅在1個(gè)太陽(yáng)光照下的最大功率點(diǎn)。

相關(guān)文章以“Engineering ligand reactivity enables high-temperature operation of stable perovskite solar cells”為題發(fā)表在Science。

圖1. 銨態(tài)氮配體滲透的AR-XPS表征

圖2.?鈣鈦礦薄膜的相變

圖3.?DFT研究

圖4.?鈣鈦礦薄膜的熱穩(wěn)定性

圖5.?鈣鈦礦太陽(yáng)能電池與界面工程的光伏性能

So Min Park?, Mingyang Wei?, Jian Xu?, Harindi R. Atapattu, Felix T. Eickemeyer,

Kasra Darabi, Luke Grater, Yi Yang, Cheng Liu, Sam Teale, Bin Chen, Hao Chen, Tonghui Wang, Lewei Zeng, Aidan Maxwell, Zaiwei Wang, Keerthan R. Rao, Zhuoyun Cai, Shaik M. Zakeeruddin, Jonathan T. Pham, Chad M. Risko, Aram Amassian, Mercouri G. Kanatzidis, Kenneth R. Graham*, Michael Gr?tzel *, Edward H. Sargent*, Engineering ligand reactivity enables high-temperature operation of stable perovskite solar cells, Science, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi4107