12月7日，《先进材料》（Advance Materials, IF=29.4）在线发表了物理科学与技术学院王植平教授课题组在钙钛矿太阳能电池领域最新研究成果。论文题为“A generic strategy to stabilize wide bandgap perovskites for efficient tandem solar cells” (《通用策略稳定宽带隙钙钛矿用于高效串联叠层太阳能电池》)。物理与科学技术学院2021级博士生李升为第一作者，王植平教授为通讯作者，武汉大学为第一署名/唯一通讯单位。
制备高效稳定的宽带隙钙钛矿太阳能电池对于充分发挥叠层太阳能电池的潜力至关重要。然而，宽带隙电池目前普遍面临着高光电压损耗和相分离等重大挑战，这阻碍了其预期效率和稳定性的实现。 此工作揭示了卤素相分离的根本原因，发现其与局部偏析的碘化铅 (PbI2) 的存在密切相关，特别是存在于钙钛矿与C60 的界面处的。 开尔文探针显微镜（KPFM）结果表明，界面处偏析的PbI2导致晶粒的表面和边界之间产生电势差，从而驱动了卤素相分离的产生。 本工作通过将表面残留的PbI2与乙二胺二氢碘化物（EDAI2）在适当温度下进行反应，可以实现钙钛矿薄膜表面电势的均一化，并在不同的宽带隙（1.67-1.78 eV）钙钛矿中均有效抑制了相分离现象。
图（a-f）为不同的钙钛矿薄膜的开尔文探针显微镜（KPFM）测试数据。参考样品中掺入了一定量的硫氰酸铅（Pb(SCN)2）来调控钙钛矿的结晶，但同时导致钙钛矿薄膜中产生了残留的碘化铅。表面反应（Surface reaction, SR）是在参考样品的基础上进行。数据表明，钙钛矿薄膜的表面形貌（图 a和d）和表面电势（图 2b、e）呈现了一定的相关性。图 c 和 f 中为标记区域的高度起伏和表面电势的线性分布图。对于参考样品，位于晶界处的平均电势比晶面高约 120 mV。在表面反应后，晶界处的电势下降，并达到与晶粒表面相当的水平。图g和h 为参考和表面反应的样品的光致发光谱随时间演化的图像。可以清晰地看到，原本严重的相分离现象得到了有效的抑制。作者推断，参考样品中高电位区域是由靠近上界面（钙钛矿/C60界面）附近的PbI2残留物引起的，并且它促进了碘离子从晶面向晶界的迁移，导致在晶界处形成了富碘相。
同时，本工作通过在宽带隙倒置电池中应用这种表面反应策略，在不同带隙的电池 (1.67-1.78 eV) 上均实现了光电压约 100 mV 的显著提升。其中带隙1.67 eV的电池实现了23.1% 的记录效率（经认证为 22.95%），带隙1.75 eV的电池实现了19.7%（认证为 18.81%）的高效率。 并在此技术的基础上制备的全钙钛矿叠层电池，实现了 26.1%的高效率。
此论文揭示了宽带隙钙钛矿中的卤素相分离的根本原因，提供了宽带隙钙钛矿电池的性能和稳定性提升的有效途径，并开辟了其在光伏领域广泛应用的可能性。
致谢：此论文受到国家自然科学基金（No. 62074115）、湖北省珞珈实验室专项基金（No.220100023）和国家重点研发计划项目（No. 2022YFA1404900）的资助。测试得到武汉大学科研公共服务条件平台的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202307701
