在探索下一代光伏技术的征途中，三维（3D）钙钛矿材料因其潜在的高效能量转换能力而备受瞩目。然而，通往商业化的道路并非坦途，3D钙钛矿面临着一系列亟待解决的关键挑战，尤其是表面缺陷导致的电荷复合问题以及材料在环境应力下的易降解性。相比之下，二维（2D）钙钛矿以其卓越的稳定性脱颖而出，其内置的有机层如同一道坚实的屏障，有效抵御水分与离子的侵袭。受此启发，科研界掀起了一股新的研究热潮——利用2D钙钛矿对3D薄膜表面进行钝化处理，旨在打造兼具高效率与稳定性的太阳能电池。
澳门大学与北京航空航天大学的科研团队，通过详尽的文献回顾，系统地梳理了2D钙钛矿作为表面钝化层在2D/3D异质结太阳能电池中的最新进展。文章开篇便阐述了这两种钙钛矿的基本晶体结构，进而深入剖析了2D与3D钙钛矿结合所带来的独特优势。
在表面钝化策略方面，2D钙钛矿通过精细的分子间相互作用，精准地钝化了3D钙钛矿层中的悬挂键。特别是针对未配位的PbI2以及A+和X-缺陷，2D钙钛矿中的间隔阳离子及其末端基团发挥了关键作用。它们不仅与未配位的Pb2+或Pb簇形成稳定的化学结合，还有效修复了晶格中的空位或过量缺陷，从而显著提升了材料的结构完整性。
此外，2D钙钛矿的间隔有机层如同一道坚固的防线，有效阻挡了离子的迁移与水分的渗透。这些有机层不仅具有出色的疏水性，还能通过进一步的化学修饰（如氟化处理）来增强这一特性。同时，它们还拥有较高的形成能，使得2D/3D异质结构钙钛矿在热稳定性方面表现出色。
更重要的是，2D/3D钙钛矿堆叠形成的异质结构在电荷转移/提取方面展现出了独特的优势。由于2D钙钛矿层通常具有更宽的带隙和更小的电势，它们能够与3D钙钛矿层形成良好的异质结界面。这种界面电场排列的优化，不仅促进了载流子的有效提取，还提高了器件的光伏性能。例如，在基于FAPbI3的3D钙钛矿与(BA)2PbI4 2D钙钛矿形成的p-p同种型异质结中，2D和3D层分别扮演着场诱导和光捕获的角色，共同构建了一个高效的背面电场，为载流子的提取提供了强大的驱动力。
综上所述，利用2D钙钛矿进行表面钝化形成的2D/3D异质结构，为太阳能电池领域带来了前所未有的机遇。这一创新策略不仅有望大幅提升太阳能电池的效率，还能显著增强其稳定性，为实现光伏技术的可持续发展奠定了坚实的基础。
Surface Passivation Using Two Dimensional Perovskites Towards Efficient and Stable Perovskite Solar Cells
Guangbao Wu, Rui Liang, Mingzheng Ge, Guoxing Sun, Yuan Zhang, Guichuan Xing
Adv. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adma.202105635
