近期，物理学院碳基能源研究团队联合香港大学蔡植豪教授课题组，在国际著名期刊ACS. Energy. Letters. 上发表了最新研究成果“Spatially Selective Molecular Engineering for Multiscale Defect Mitigation in Perovskite Photovoltaics”（文章链接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.5c03643）。
图1 期刊截图
钙钛矿太阳能电池凭借光电转换效率提升快、制备成本低等优势，成为光伏领域研究热点之一，但其效率受限于钙钛矿结构中多尺度缺陷引发的非辐射复合问题，且传统体相和表面缺陷修饰策略的随机结合易产生功能干扰，制约了缺陷钝化的叠加效果。随机结合表面与体相处理优化钙钛矿薄膜时，二者易在薄膜顶部区域产生功能干扰：表面修饰剂可能破坏体相晶格有序性，引发结构畸变；体相加剂则可能扩散至表面，改变表面化学计量比，形成非理想的界面组成（如图2所示）。针对这一关键科学问题，我们在研究中提出了空间互补的多尺度缺陷调控策略，重点解决如何避免表面与体相同时改性时的功能干扰问题。通过体相添加剂与表面修饰剂的协同策略，通过空间选择性分布从根本上消除二者的功能干扰，实现了体相与表面的全尺度、互补式缺陷钝化（如图3所示）。优化后的器件显示出25.84%的光电转换效率(PCE)，同时，器件稳定性也得到了很大提高，在空气环境下2000小时后仍保持初始效率的84.46%。这一研究表明，合理设计表面-体相协同改性策略，对实现钙钛矿薄膜的高效优化、制备高性能钙钛矿太阳能电池具有重要意义。
图2 表面钝化剂与体相添加剂随机结合产生的相互干扰示意图
图3 协同缺陷管理策略，具备空间选择性添加剂分子可避免与表面随机作用而产生的相互干扰并同时解决表面缺陷和体缺陷，从而提高薄膜质量和器件性能
河南师范大学是本文第一署名单位，物理学院硕士研究生杜姗姗是本文第一署名作者。杜姗姗主要从事钙钛矿光伏器件多尺度缺陷调控研究，另外，其以第一作者身份在Organic Eletronics发表研究论文“Enhancing charge transport and device stability of MAPbI3 perovskite solar cells by hole-transport bilayer”（文章链接：https://doi.org/10.1016/j.orgel.2026.107391），以共同第一作者身份在Appl Phys Lett发表研究论文“Lattice strain conversion suppresses ion migration to stabilize wide-bandgap perovskite solar cells”（文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0311771）。
（物理学院 张浩兴）