近日，能源科学领域国际顶级学术期刊，Nature系列大子刊《Nature Energy》（中科院1区，影响因子为67.439）在线发表了我院教师合作的高效无机钙钛矿太阳能电池研究重要进展，论文题目为“Surface in situ reconstruction of inorganic perovskite films enabling long carrier lifetimes and solar cells with 21% efficiency”。我院教师叶秋枫博士为该论文第二作者。
钙钛矿太阳能电池(PSCs)取得了长足的发展，显示出巨大的应用潜力。然而，挥发性有机阳离子的存在不利于杂化PSCs的热稳定性。近年来，全无机钙钛矿CsPbX3因其出色的热稳定性和适合串联太阳能电池的带隙而成为优秀的光伏候选材料。尽管人们对全无机PSCs的PCE进行了大量的研究，但其PCE仍落后于有机-无机杂化产物。无机PSCs器件性能相对较低可能是由于钙钛矿薄膜中存在严重的非辐射复合。据报道，具有低缺陷形成能的卤化物空位(Vx)是无机钙钛矿表面或晶界的主要缺陷，通常伴随着高密度的欠配位Pb2+。这些陷阱态将作为重组中心，并倾向于捕获光生载流子，从而导致无机PSCs的载流子寿命短和开路电压(VOC)损失大。为了解决这一问题，各种方法，如结晶优化，体钝化，表面处理和界面改性已被探索。这些最先进的工作对缺陷钝化起到了积极的作用，使PCE提高了20%以上，而载流子寿命均小于100 ns，说明非辐射复合仍然很严重。此外，宽带隙无机钙钛矿与传输层之间的能量偏移较大，会诱导界面电荷重组，不利于光载流子的收集。因此，探索减少缺陷重组和改善载流子提取的方法是很有前景的。
有鉴于此，团队报道通过使用氟化铯(CsF)处理无机钙钛矿，开发了一种表面原位重构（SISR）策略，可以同时抑制非辐射复合并促进空穴提取。通过SISR方法，引入的F离子可以有效地钝化表面缺陷，使用SISR方法，载流子寿命从11.5ns延长了60倍以上，达到了737.2ns。此外，可以通过固态反应通过SISR形成更宽的带隙无机钙钛矿层作为分级异质结，这可以促进空穴提取。结果显示，基于SISR的CsPbIxBr3−x太阳能电池显示出21.02％的效率，同时具有1.27 V的高开路电压（VOC）和85.3％的填充因子（FF），打破了目前无机钙钛矿电池的世界效率纪录。
文章作者：Xinbo Chu, Qiufeng Ye, Zhenhan Wang, Chen Zhang, Fei Ma, Zihan Qu, Yang Zhao, Zhigang Yin, Hui-Xiong Deng , Xingwang Zhang，Jingbi You.
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41560-023-01220-z.
