浙师大池丹CEJ：p-F-MBAI界面工程，宽禁带钙钛矿电池效达22.43%

主要内容

带隙超过1.6电子伏特（eV）的宽禁带（WBG）钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其对叠层太阳能电池的关键作用而备受科研领域关注。然而，宽禁带钙钛矿在制备过程中易形成高密度缺陷，进而导致严重的非辐射复合、离子迁移和相分离现象，最终造成器件效率和稳定性的降低。为应对这些挑战，浙江师范大学池丹教授和上海科技大学物质科学与技术学院郑帆教授带领其团队，采用界面工程策略，同步抑制钙钛矿薄膜的体相和表面缺陷。

基于前期对分子结构与钙钛矿缺陷相互作用的理论研究，团队在钙钛矿/电子传输层界面引入了四种分子：α - 甲基苄基碘化胺（MBAI）、4 - 氟 - α - 甲基苄基碘化胺（p - F - MBAI）及其手性衍生物s - p - F - MBAI和r - p - F - MBAI。值得注意的是，与MBAI相比，具有更大偶极矩的p - F - MBAI展现出更优异的缺陷钝化能力。经其修饰的钙钛矿载流子寿命相较于MBAI修饰的钙钛矿提升了2.3倍，这为提升器件性能提供了有力支持。最终，优化后的1.68 eV带隙钙钛矿太阳能电池实现了22.43%的光电转换效率（PCE），且稳定性卓越，在氮气环境中储存1659小时后仍能保持初始效率的96.05%。同时，该双面钙钛矿太阳能电池在正面和背面光照下的光电转换效率分别达到18.30%和14.82%，展现了出色的双面发电能力。

进一步深入研究，团队对MBAI、p - F - MBAI（外消旋混合物）、s - p - F - MBAI和r - p - F - MBAI进行了比较研究。结果发现，氟取代增强了分子偶极矩和静电势，这种增强使得分子在钙钛矿表面具有更强的极性和电荷分布，从而能够与配位不足的Pb²⁺和I⁻形成更强的静电吸引和化学键合。

这些增强的相互作用有效钝化了A位点缺陷并稳定了钙钛矿晶格，经p - F - MBAI修饰的器件实现了22.43%的光电转换效率，且稳定性卓越（在氮气中存放1659小时后效率仅衰减3.95%），这便是有力证明。此外，采用s - p - F - MBAI和r - p - F - MBAI修饰的钙钛矿太阳能电池性能变化微乎其微，表明立体化学结构对缺陷钝化的影响极小。团队还进一步将该策略拓展至双面钙钛矿太阳能电池，在正面和背面光照下分别实现了18.30%和14.82%的光电转换效率，证实了p - F - MBAI界面工程策略在单面和双面钙钛矿太阳能电池中均具有普适性。

本研究充分证明，在池丹教授和郑帆教授的带领下，团队所采用的p - F - MBAI对钙钛矿的表面和体相缺陷具有优异的修饰效果，且该修饰效果同样适用于双面钙钛矿太阳能电池。这一发现为提升宽禁带钙钛矿太阳能电池的性能和运行耐久性提供了有效途径，推动了双面光伏技术的商业化应用进程。

文献信息：

Interfacial molecular engineering with p-F-MBAI achieves 22.43% efficiency and exceptional stability in wide-bandgap perovskite solar cells

Ziyu Li , Tianye Xi , Chenyu Wang , Zhijia Chen, Denggao Li , Qindi Wang , Boyi Shi , Shihua Huang , Fan Zheng , Dan Chi

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725062771