近日，江南体育官网纳米材料与计算物理团队在钙钛矿太阳能电池材料研究方面取得重要进展，研究成果以“Universal Surface-Defect Passivant for Perovskite Solar Cells Based on N-Phenylglycine for Improved Photovoltaic Performance and Stability”为题发表在国际著名期刊《Physical Review Applied》上，江南体育官网2019级博士生张定波为第一作者,倪宇翔副教授为通讯作者。
金属卤化物钙钛矿是太阳能电池的理想光吸收剂，因为它具有可调带隙、低激子结合能、高电荷传输迁移率、高光吸收系数等优异特点。迄今为止，钙钛矿太阳能电池（PSCs）的光电转换效率已经超过25%，使PSCs成为新兴太阳能电池的领跑者。然而在钙钛矿薄膜的表面，存在各种缺陷和电荷陷阱，会阻碍光生电子-空穴对的分离，严重缩短电荷载体的寿命。另外，外部因素也会加速缺陷钙钛矿中的离子迁移，导致晶格坍塌，降低PSCs的光伏性能。因此，处理钙钛矿表面缺陷是一种可以有效提高PSCs光电转化效率和稳定性的方法。
图1.(a) 钙钛矿薄膜表面缺陷与NPG之间的界面结构；(b) NPG 对钙钛矿表面影响的示意图。
作者结合实验和第一性原理计算，首次提出了N-苯基甘氨酸(NPG)分子作为钙钛矿的一种通用表面缺陷钝化剂，研究了NPG与钙钛矿所有典型表面缺陷的相互作用。实验结果表明NPG钝化的PSCs比参考器件具有更好的光电性能。NPG钝化的PSCs具有21.16%的高光电转化效率（PCE），在潮湿空气中700 h后仍保持91%的初始效率，这些结果远远好于未经钝化的PSCs的相应参数（PCE为18.29%，保持效率为75%）。该研究揭示了分子钝化钙钛矿缺陷的物理机制，为设计基于钙钛矿的光伏器件提供了重要的理论指导。
图5.(a)PSCs的示意图；(b)经NPG处理的PSCs的电流-电压关系；(c)有无NPG处理的PSCs的光电效率分布；(d)经NPG处理的PSCs正向和反向扫描的电流-电压曲线；(e)有无NPG 处理的PSCs的外量子效率；(f) NPG处理后的最佳性能PSCs的稳定最大光电流密度与该处的功率输出；(g) PSCs的光电效率随着时间的变化。
该研究成果唯一完成单位为江南体育官网。本工作受到国家自然科学基金面上项目(Nos.11774294)支持.论文链接:https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.17.024039。
