近日，化工学院段加龙副教授（学术教授）、唐群委教授等人在全无机钙钛矿太阳电池领域取得最新进展，相关成果以“Ionic-Rich Vermiculite Tailoring Dynamic Bottom-Up Gradient for High-Efficiency Perovskite Solar Cells”为题发表在权威期刊Advanced Functional Materials上（中科院Top一区，影响因子：19.0）。

研究背景

高质量钙钛矿薄膜是获得高效稳定电池器件的关键。而对于传统一步法制备钙钛矿薄膜的技术工艺，自上而下的结晶过程往往容易在底界面产生大量的缺陷态，形成缺陷梯度；同时基底与钙钛矿薄膜之间不匹配的热膨胀系数会进一步产生大量晶格应力。在以上两方面的作用下，底界面的缺陷密度往往要比钙钛矿薄膜其它位置大的多，限制了钙钛矿太阳能电池性能的进一步提升和未来在半透明以及串联太阳能电池中的应用。因此，如何修复有缺陷的钙钛矿薄膜是一个日益增长的研究热点。

成果介绍

通过采用多层碱金属离子插层的蛭石作为预埋界面改性剂来调节钙钛矿的晶格性质。由于钙钛矿与蛭石的晶格相匹配，容易形成Pb-O键，在薄膜生长过程中不仅有利于释放界面应力，而且由于层间范德华力较弱，嵌入的碱金属离子可以逐渐扩散到钙钛矿晶格中，形成良好的垂直梯度，起到了原子润滑剂和离子储存库的双重作用，从而消除有害缺陷。薄膜质量和晶格稳定性显着改善，抑制了混合卤化物钙钛矿的相分离。最后，制备的碳基CsPbIBr₂电池和CsPbI₂Br电池分别获得11.42%和15.25%的冠军效率，而p-i-n反式(Cs_0.05MA_0.05FA_0.9)Pb(I_0.93Br_0.07)₃钙钛矿太阳电池也实现了23.17%的效率。同时，在持续光照、空气储存和高温条件下的长期稳定性得到显著提高。该工作为制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池提供了一种新的埋底界面工程策略。

以上研究成果得到国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年项目、山东省泰山学者专项资金等项目的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202401662