中国科大提出低吸湿溶剂与聚合钝化策略实现空气中制备高效稳定钙钛矿太阳能电池

金属卤化物钙钛矿是新一代明星半导体材料，它具有吸收系数高、光学带隙易于调节、电子空穴迁移率高、载流子扩散长度长等优异的光电特性。这使得钙钛矿材料在太阳能电池、LED、X射线探测器等领域都具有非常广阔的应用前景。其中，钙钛矿太阳能电池兼具高效率、低成本和可溶液加工等优势，受到了科研机构和产业界的广泛关注。近期，我校物理学院肖正国教授课题组联合化学与材料科学学院杨上峰教授和程位任教授课题组围绕高效稳定反式钙钛矿太阳能电池的制备展开研究，取得了系列进展，并在国际知名期刊上发表了多篇论文。

空气中制备钙钛矿太阳电池是降低成本、推动产业化进程的关键途径。尽管近年来钙钛矿光吸收层已能够在空气环境下实现稳定成膜，但器件中的界面功能层，尤其是自组装单分子层（SAMs）和表面钝化层，仍然面临溶剂易吸湿、前驱体易水解和成膜对湿度高度敏感等问题，严重制约了空气制备电池和组件的效率与稳定性。针对上述挑战，研究团队提出了一种低吸湿溶剂策略，能有效降低刮涂过程中溶液吸收的环境水分，减缓有机胺盐的水解和SAMs脱附问题（图1a-b）。基于该策略，在高湿条件下制备器件的效率几乎无明显下降（图1d-e）。该方法还具有良好的普适性，不仅适用于多种有机胺碘盐类钝化材料和不同类型的SAMs材料，还可以通过调节溶剂种类和比例实现对沸点、黏度等特性的调控，从而适配多种溶液沉积工艺。

图1. a-c.空气环境下使用传统吸湿溶剂(a)、低吸湿溶剂(b)以及表面聚合钝化(c)的示意图。d-e.在不同湿度环境下分别使用传统吸湿溶剂(d)和低吸湿溶剂(e)制备的器件性能。f.经中国计量院认证的最高效率器件（26.24%）。

在此基础上，研究团队进一步提出一种表面聚合钝化策略，以提升空气制备器件的性能与稳定性（图1c）。采用乙烯基膦酸（VPA）作为双功能钝化材料，其中膦酸基用于钝化表面缺陷，乙烯基则可在100℃低温退火后发生聚合，形成共价交联网络，从而有效阻隔水分和氧气渗透。采用该方法钝化的器件认证效率达到26.24%（图1f）。此外，聚合钝化的薄膜在60%湿度下放置80小时后仍无明显降解，器件T₉₀寿命也由60小时显著提升至1600小时。

该工作6月6日以“Polymerized Surface Passivation for Stable and Efficient Inverted Perovskite Solar Cells”为题发表在国际知名期刊《先进材料》（Advanced Materials）上。我校化学与材料科学学院博士生赵文杰为该论文的第一作者，物理学院博士生杨靖晨、吉畅、高君尧是共同第一作者。物理学院肖正国教授，化学与材料科学学院杨上峰教授、程位任教授，物理学院段昌奎教授、佟宇研究员是共同通讯作者。

以上研究得到国家自然科学基金委、科技部、中国科大人才团队项目以及中央高校基本科研业务费专项资金的资助。

论文链接： https://doi.org/10.1002/adma.202522825

（物理学院、化学与材料科学学院、科研部）