钙钛矿太阳能电池（PSCs）作为一种低成本的光伏代表而备受关注。研究表明，构建三维（3D）/二维（2D）钙钛矿异质结构可以有效提升PSCs的效率和稳定性。然而，器件性能的进一步提升仍然受到二维钙钛矿封顶层导电性较差以及其与三维钙钛矿层能级不匹配的限制。
在此，中山大学吴武强等人开发了一种有效的表面改性策略，通过协同引入无机高价态铌离子（Nb⁵⁺）金属掺杂剂和有机铵卤化物盐，原位构建高质量的二维钙钛矿封顶层，覆盖在底层的三维钙钛矿层之上。结果表明，二维钙钛矿封顶层的导电性有效提高了43%，三维和二维钙钛矿层之间的能垒得到了有利的降低，并且三维/二维异质结构钙钛矿堆叠的内建电场得到了增强。
此外，通过空间电荷限制电流（SCLC）测试验证，二维钙钛矿封顶层还有效降低了缺陷密度，最高可达29%。得益于更有效的电荷提取和抑制非辐射复合，基于这种优化的三维/二维异质结构钙钛矿薄膜的无空穴传输层PSCs实现了23.2%的效率，比对照器件（19.5%）高出约19%，这代表了通过可扩展制造技术制备的简化器件结构中性能最佳的PSCs之一。经过改性的三维/二维钙钛矿基器件还表现出更好的运行稳定性。
Xi Chen, Wenhuai Feng, Yuxuan Fang, Qing Li, Yu-Hua Huang, Xueqing Chang, Chanying Yao, Yujian Shen, Gengling Liu, Shuang Yang, Xu-Dong Wang, Mingjian Yuan, and Wu-Qiang Wu, Improved Conductivity of 2D Perovskite Capping Layer for Realizing High-Performance 3D/2D Heterostructured Hole Transport Layer-Free Perovskite Photovoltaics,ACS Nano, 2025
DOI: 10.1021/acsnano.4c11785
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c11785
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