前言

近年来，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已可与单晶硅电池相媲美。尽管发展迅速，但有机-无机杂化钙钛矿稳定性差严重阻碍了其商业应用。以CsPbI₂Br为代表的全无机钙钛矿具有良好的热稳定性和出色的光电性能被认为是解决这一问题的有希望的替代者。尽管目前n-i-p型CsPbI₂Br钙钛矿太阳能电池的光电转换效率（PCE）超过了17%，但适合大面积制备的p-i-n型器件效率仍落后于n-i-p型CsPbI₂Br钙钛矿太阳能电池。另一方面，太阳能电池中存在的光浸泡（light-soaking）效应也影响着器件的稳定输出效率。这种PCE随光照时间增加而逐渐提高的现象常被认为与器件膜层内部或界面处的缺陷相关。然而，对全无机钙钛矿太阳能电池中光浸泡效应机理和抑制方法的研究仍然非常有限。因此，研究光浸泡效应产生的内在机理，开发成本低廉、效果显著的方法来抑制p-i-n型器件的光浸泡效应，对进一步提高p-i-n型CsPbI₂Br钙钛矿太阳能电池的光电转换效率具有重要意义。

工作内容

近日，西南交通大学前沿科学研究院黄鹏研究员、电子科技大学光电科学与工程学院吴双红副教授和刘晓东副教授带领的团队在全无机CsPbI₂Br钙钛矿太阳能电池的添加剂工程中取得新的进展。相关成果“Suppressing the light soaking effect of CsPbI₂Br based p-i-n perovskite solar cells”发表在Solar RRL上（西南交大A类期刊，JCR Q1，中科院二区，影响因子：7.9）。该工作在p-i-n型全无机CsPbI₂Br钙钛矿太阳能电池中使用有机材料4-氯磺酰基苯甲酸（CSBA）作为钙钛矿添加剂，实现了对光浸泡效应的有效抑制。CSBA能够与钙钛矿溶剂反应并原位生成I₃‾，用于有效钝化CsPbI₂Br钙钛矿中的卤素空位缺陷。同时，CSBA上的路易斯碱基团可用于钝化未配位的Pb²⁺和Cs⁺阳离子缺陷。CSBA的这种两性离子钝化效应显著切断了缺陷诱导的电荷复合路径，从而在源头上消除光浸泡效应。引入CSBA后器件的PCE从9.88%提高到12.17%，同时光浸泡效应几乎完全消除。这项工作不仅提出了一种新颖的原位生成I₃‾的方法，也为未来的研究人员调控全无机钙钛矿太阳能电池中的光浸泡效应提供了深刻的见解。

小结

本文工作通过在CsPbI₂Br中引入CSBA添加剂，提高了p-i-n型CsPbI₂Br钙钛矿太阳能电池的性能并抑制了光浸泡效应。引入CSBA后器件的PCE从9.88%提高到12.17%。主要的作用机理是：（i）原位生成I₃‾钝化卤素空位缺陷：利用CSBA与钙钛矿溶剂的氧化还原反应实现I₃‾的制备，用于CsPbI₂Br中的缺陷钝化;（ii）路易斯碱基团钝化未配位阳离子缺陷：通过共用电子对配位作用进一步降低CsPbI₂Br中的缺陷，提高太阳能电池的PCE并抑制光浸泡效应。该工作表明，CSBA缺陷钝化与光浸泡效应抑制的有效材料。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/solr.202300369