含氟钝化层经表面螯合用于高性能无机钙钛矿太阳能电池

金属卤化物钙钛矿太阳能电池作为最有前途的光伏技术之一，过去十年中在全球范围内引起了相当大的关注。其光电转换转换效率已达到25.7%的认证值，与硅太阳能电池相当。尽管取得了令人鼓舞的进展，但有机-无机杂化钙钛矿的有机成分在高温下挥发会引起热不稳定的潜在威胁，如果这些有机成分被纯无机阳离子取代，这将得到实质性解决。因此，采用Cs⁺取代有机成分的全无机钙钛矿（CsPbI_3-xBr_x）具备较好的热稳定性。

然而，通过传统溶液处理方法制备的无机钙钛矿容易在薄膜表面和晶界上产生缺陷，这些表面和晶界通过捕获自由电荷作为非辐射复合中心，导致光电效率的整体降低。此外，缺陷的存在会诱发离子迁移和钙钛矿向光和湿气的降解。因此，最大限度地减少表面缺陷对于进一步提高无机钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性是至关重要的。

近日，陕西师范大学刘生忠&田庆文&向万春团队报道了含氟钝化层经表面螯合用于高性能无机钙钛矿太阳能电池的研究成果。研究者设计了一种三氟乙脒作为钝化剂来抑制 CsPbI_3-xBr_x薄膜缺陷。三氟乙脒的脒基可以强烈螯合到钙钛矿表面以抑制碘空位缺陷，显著降低缺陷密度，抑制非辐射复合，并通过额外的氢键强化了钝化分子在钙钛矿表面的吸附。此外，三个氟原子可通过分子间氢键实现牢固的分子间连接，从而构建坚固的防潮层。经过三氟乙脒处理的钙钛矿太阳能电池显著抑制了非辐射复合，在0.09 cm²和1.0 cm²的器件面积上分别获得了21.35%和17.21%的纪录效率，这两者都是迄今为止全无机钙钛矿太阳能电池中最高的。该器件在室内光照下的效率也达到了39.78%，为全无机室内光伏器件中最高。此外，三氟乙脒处理后的器件在960小时老化后保留93%的初始效率，极大地提高了器件的环境稳定性。

该研究表明，在设计新的钝化分子时，重要的是要同时考虑螯合构型和分子相互作用，以实现有效的表面钝化和防潮层的构筑。此外，该工作还证明了无机钙钛矿太阳能电池在弱光中具备潜在应用。