中山大学毕冬勤教授在二维钙钛矿太阳能电池研究方面取得重要进展

近年来，钙钛矿太阳能电池(PSCs)发展迅速，其光电转换效率(PCE)从最初的3.8%提高到了25.2%，但环境不稳定性仍然是阻碍其走向商业化的一大瓶颈。由于良好的环境稳定性，层状二维(2D)钙钛矿受到研究人员的广泛关注。2D网络可以理解为厚度为n的共角无机八面体[MX6]4层被大体积烷基铵阳离子层间隔开，库仑力和疏水作用将单元堆叠的层链接在一起，以保证2D结构的完整性。二维层状结构被认为是天然的多量子阱结构，其中无机半导体层充当“阱”，绝缘有机层充当“阻挡层”。由于其较长的烷基链，分子量较大的有机组分更疏水，长链有机胺可以有效地隔绝水分和氧气，从而可以显著提高器件稳定性。

尽管如此，2D钙钛矿薄膜中的随机相分布会阻碍载流子传输并增加载流子复合，进而影响器件的性能和稳定性。为解决这一问题，中山大学毕冬勤教授团队提出了一种作用于2D 钙钛矿GA2MA4Pb5I16的多功能界面改性策略，使用溴化胍(GABr)优化钙钛矿薄膜的二次结晶过程。测试表征表明，在钙钛矿界面处引入GABr可以调节钙钛矿的重结晶过程，引起2D钙钛矿薄膜中相的重新排列;此外，进入钙钛矿晶格的GA+可以抑制钙钛矿材料的降解，有效改善了器件的环境稳定性和光稳定性。经GABr优化后，2D PSCs的PCE达到19.3%;在没有封装的情况下，器件在环境条件下保存3000小时后仍能保持其初始PCE的94%，这项工作为2D PSCs的界面优化方法提供了可靠的基础。

图1. (a) 不同浓度GABr后处理的PSCs的光伏性能，原始器件与优化器件的(b) J–V曲线，(c)在N2环境下最大功率输出点的稳态输出效率 (0.91和0.88 V)，(d)性能重现性，以及(e)光照和环境稳定性。

相关的研究成果以“Stable Layered 2D Perovskite Solar Cells with an Efficiency of over 19% via Multifunctional Interfacial Engineering”为题发表在国际著名学术期刊J. Am. Chem. Soc. 上(DOI：10.1021/jacs.0c13087)。硕士研究生黄雅雯为论文的第一作者，毕冬勤教授为通讯作者，中山大学材料科学与工程学院为论文第一单位。该研究工作受到国家自然科学基金、国家重点研究发展计划基金的支持。