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将钙钛矿太阳能电池与晶体硅底电池整合为单片双端叠层结构，能够使得功率转换效率（PCE）超越单结电池的理论极限。然而，宽带隙（WBG）钙钛矿薄膜在相位稳定性和开路电压（VOC）损失方面面临挑战，这尤其归因于钙钛矿/C60界面处严重的非辐射复合。北京理工大学陈棋&陈怡华研究团队通过引入一种与铅卤化物反应形成低维相的反应钝化剂来钝化界面缺陷。通过优化反应温度获得的目标产物，不仅能抑制界面处的复合，还能促进电荷载流子的传输。更重要的是，该产物能够抑制宽带隙钙钛矿薄膜在光照和湿气暴露下的相分离。这一策略使得基于聚合物空穴传输层的宽带隙钙钛矿器件实现了1.25 V的高开路电压，并且单片钙钛矿/硅叠层太阳能电池经认证的稳定功率转换效率达到了30.52%。在未封装的条件下，该叠层器件在连续1个太阳全光谱照射下，于空气中保持了200小时以上，其初始功率转换效率仍保留了94%，证明了相位稳定性的提升。
“三阳离子”钙钛矿组成Cs0.05FA0.95-xMAxPb(I1–yBry)3，包含铯（Cs）、甲基铵（MA）和甲脒（FA）阳离子，以及混合的溴（Br）和碘（I）阴离子，在钙钛矿/硅叠层太阳能电池中颇受欢迎。然而，其溴阴离子的比例超过20%，往往导致光稳定性下降。增加铯的含量并在卤素位置加入氯（Cl）阴离子形成三种卤化物，可以提高宽禁带（WBG）钙钛矿的光稳定性。此外，将二甲基铵（DMA）合金化到混合阳离子混合卤素钙钛矿中，可以进一步拓宽带隙。这种立体工程策略，即同时控制A位阳离子和X位阴离子，可以降低溴含量，并最大限度地减少晶格应变和陷阱密度。
结合这些策略，研究团队构建了一种四阳离子钙钛矿吸收层，其带隙约为1.67 eV，化学式为DMA0.1Cs0.25MA0.05FA0.6Pb(I0.9Br0.1)3，并合金化有5%的MAPbCl3。（图1a）图1b展示了AET-HCl的结构式。研究团队通过AET-HCl对钙钛矿/C60界面进行了定制化处理，并发现退火温度为50℃时钝化效果最好。采用SEM表征了后处理前后的钙钛矿薄膜。如图1g,h所示，目标薄膜中明亮的白色PbI2消失了。此外，表面晶界（GBs）几乎完全被一种新物质覆盖，这可能是低维相的反应产物。研究团队进行了典型的GIXRD测量，通过将X射线入射角从0.05°增加到1°（对应于检测深度从大约5到150 nm的范围），来评估低维相的分布深度，结果发现低维相局限于钙钛矿薄膜的表面区域（5 nm以内）。此外，光学吸收和光学带隙没有显著变化。减少晶界的暴露是缓解宽禁带（WBG）钙钛矿中离子迁移的一种有前景的策略。导电原子力显微镜（c-AFM）测量结果表明，与晶粒相比，晶界具有更高的导电性，表明晶界处的离子迁移活性更高（图1i）。目标薄膜的电流线扫描图清晰地显示，晶界的电流低于其周围晶粒区域的电流（图1j），这可能是由于低维覆盖层的电阻更高。结果表明，作为理想的反应产物，低维相有助于抑制晶界处的离子迁移。图2. W表征宽禁带（WBG）钙钛矿薄膜与器件的光电特性当30纳米厚的C60层与钙钛矿接触时，非辐射复合损失变得显著。然而，当使用在50°C下形成的反应产物来调整钙钛矿/C60界面时，PL强度和载流子寿命（从13纳秒增加到28纳秒）均急剧增加（见图2b,d）。这表明钙钛矿表面低维相的生长减少了界面处的跨界面非辐射电荷复合损失。为了进一步了解反应钝化对完整电池中大面积载流子动力学的影响，研究团队进行了瞬态光电流（TPC）和瞬态光电压（TPV）映射测量。结果表明（如图2i–l所示），目标器件的平均载流子复合寿命更长，且载流子传输速度更快，这表明在宽禁带（WBG）钙钛矿太阳能电池（PSCs）中光生载流子的提取更加高效，有害的复合损失最小化。UPS测试结果表明目标薄膜的n型特性显著增强。低维相形成后的优化能带排列极大地促进了载流子传输，并抑制了电子提取界面处的非辐射复合。单结与叠层太阳能电池的性能
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图3. 单结宽禁带（WBG）钙钛矿太阳能电池和串联太阳能电池的光伏性能
研究团队进行了直接的有限元分析，以评估位于钙钛矿/C60界面的缺陷密度与器件性能之间的相关性（图3a–c）。随后，研究团队制备了结构为ITO/PTAA/OAI/宽禁带（WBG）钙钛矿/C60/BCP/Ag的钙钛矿太阳能电池（PSCs），以评估AET-HCl后处理后的光伏（PV）性能。与对照组的18.65%相比，50°C下经AET-HCl处理的器件表现出最高的平均光电转换效率（PCE），为20.55%，这主要归因于开路电压（VOC）和填充因子（FF）的增加，与图3b中的模拟结果一致。表现最佳的经AET-HCl处理的器件展现出了21.02%的最高PCE（VOC = 1.25 V，短路电流密度JSC = 20.27 mA cm⁻²，FF = 82.98%），且几乎没有迟滞现象，这显著高于对照组的PCE（18.96%；VOC = 1.19 V，JSC = 20.04 mA cm⁻²，FF = 79.50%）（图3e）。钙钛矿薄膜/器件及叠层器件的稳定性
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图4. 宽禁带（WBG）钙钛矿薄膜/器件及串联器件的稳定性研究团队通过将薄膜置于加速寿命条件下，研究了AET-HCl后处理对1.67 eV钙钛矿中卤素偏析的影响。在1.5倍太阳光照下放置一个月后，对照薄膜出现明显的红移，表明形成了光诱导的富碘陷阱态（图4a–d）。相比之下，AET-HCl处理后的样品在吸收边和光致发光（PL）峰值位置均未观察到显著变化，表明相稳定性增强。尽管AET-HCl诱导的低维相是在较低的50°C下形成的，但它具有热稳定性，并能抑制宽禁带钙钛矿的热诱导降解。此外，研究团队还通过在一周内对暴露于环境空气（相对湿度[RH]≈65%）中的未封装样品进行扫描电子显微镜（SEM）测量，研究了环境空气对宽禁带钙钛矿薄膜的影响。目标薄膜未出现孔洞，表明低维相对三维钙钛矿的覆盖增强了薄膜的防潮性。Tailoring Perovskite/C60 Interface by Reactive Passivators for Stable Tandem Solar Cells https://doi.org/10.1002/adfm.202410737
