全無機CsPbI3鈣鈦礦因其優(yōu)異的光熱和化學穩(wěn)定性廣受關(guān)注。另外，其帶隙正好適合作為鈣鈦礦/晶硅疊層太陽電池的頂電池。然而，純CsPbI3薄膜中有大量缺陷，導致CsPbI3電池很大的開路電壓損失（Vloss），因此降低了光電轉(zhuǎn)化效率。
理論研究表明：含有-NH2或C=O官能團的鈍化劑可通過氫鍵、路易斯酸堿配位等方式實現(xiàn)對鈣鈦礦薄膜缺陷的有效鈍化。比如Jiangsong Huang團隊報道了碳酰肼能與Pb2+配位；另外，芐肼鹽酸鹽能抑制I2生成。因此，如果能將C=O和-NH2/-NH-NH2基團設(shè)計在一種鈍化材料中，以更多樣和更穩(wěn)定的成鍵形式鈍化鈣鈦礦內(nèi)部缺陷，將大大降低鈣鈦礦內(nèi)部的缺陷密度，實現(xiàn)器件效率和穩(wěn)定性的同步提升。
近日，陜西師范大學劉治科教授、段玉偉博士和劉生忠教授團隊報道了一類酰肼衍生物（苯甲酰肼（BH）、甲酰肼（FH）、苯甲酰胺（BA））添加劑。通過理論計算預測，實驗結(jié)果證明酰肼衍生物可以通過多官能團（苯基、羰基、肼基/氨基）間的協(xié)同作用，形成穩(wěn)定配位鍵，從而更有效地鈍化鈣鈦礦中的Pb基缺陷；同時，以氫鍵的方式鈍化I基缺陷。相比未鈍化鈣鈦礦薄膜中的Pb基和I基缺陷形成能，鈍化薄膜顯著提高，且以苯甲酰肼（BH）的鈍化效果最優(yōu)。
作者對薄膜結(jié)晶性、光學性質(zhì)、表面形貌和器件光伏性能進行了表征。研究發(fā)現(xiàn)：基于BH添加的CsPbI3薄膜結(jié)晶更好、表面粗糙度降低；薄膜缺陷態(tài)密度降低，缺陷引起的非輻射復合減少，載流子壽命因此顯著延長。UPS和C-V測試等結(jié)果表明：基于BH添加的薄膜與Spiro-OMeTAD間形成了更好的能級匹配，鈣鈦礦電池內(nèi)建電場增加，光生載流子分離驅(qū)動力增強，器件開路電壓大幅提升。 最終，基于BH修飾的CsPbI3鈣鈦礦電池將Vloss顯著降低到0.47 eV，開路電壓高達1.24 V；光電轉(zhuǎn)換效率高達20.47%，兩者均在目前報道的純CsPbI3器件的最高值之列。BH修飾的CsPbI3器件還表現(xiàn)出了優(yōu)異的空氣穩(wěn)定性：在空氣中存儲1000后，器件仍能保持初始效率的98.7%。該工作提出了一種新的缺陷鈍化策略，為無機CsPbI3的體相鈍化提供了新方法，也為降低CsPbI3器件開路電壓損失、提升器件效率提供了新思路。 論文信息 Hydrazide Derivatives for Defect Passivation in Pure CsPbI3 Perovskite Solar Cells Yuhang Che, Prof. Zhike Liu, Dr. Yuwei Duan, Jungang Wang, Shaomin Yang, Dongfang Xu, Prof. Wanchun Xiang, Prof. Tao Wang, Prof. Ningyi Yuan, Prof. Jianning Ding, Prof. Shengzhong (Frank) Liu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202205012
