黄劲松重磅Science！
钙钛矿太阳能电池(PSCs)的认证功率转换效率(PCEs)在小面积单结电池中超过25%，钙钛矿硅串联电池超过29%。然而，各种刺激引起的降解仍然是PSC商业化的一个关键挑战。PSCs的降解从界面开始，包括钙钛矿-金属电极和钙钛矿-衬底，缺陷都在这些界面中富集。然而，大多数研究工作集中在通过表面钝化或加工后处理来稳定钙钛矿-金属电极界面。而钙钛矿-衬底界面的研究较少，部分原因是扫描电子显微镜(SEM)或原子力显微镜(AFM)等形貌表征方法难以对其进行研究。然而，稳定嵌入的底部界面与稳定嵌入的顶部界面同样重要。
陷阱密度剖面显示，靠近衬底一侧的钙钛矿层具有更高的缺陷浓度，特别是深电荷陷阱。高分辨TEM也显示在该界面上的钙钛矿含有非晶态区域或具有较大界面面积的纳米晶体。光从钙钛矿基板界面入射，也使其更容易降解。
北卡罗来纳大学教堂山分校黄劲松等人在Science发表文章Stabilizing perovskite-substrate interfaces for high-performance perovskite modules，研究了钙钛矿-衬底界面的稳定性。
二甲基亚砜(DMSO)是一种广泛应用于增强钙钛矿薄膜形貌的液体添加剂。然而，在这项工作中，作者发现，通过从衬底上剥离不同成分的叶片状和纺丝状钙钛矿薄膜，在钙钛矿-衬底界面上发现了高密度的空隙，这些孔洞周围的钙钛矿在光照下降解更快，这些空隙的形成与钙钛矿膜底部附近的非挥发性二甲基亚砜(DMSO)有关。作者用固体碳酰肼配位添加剂(CBH)部分取代DMSO，减少了界面空隙的形成，产生了叶片包覆的p型/本征/n型(p-i-n)结构的PSCs。在60°C下进行550小时的运行稳定性测试后，叶片涂层p-i-n结构PSCs实现了23.6%的最大稳定功率转换效率(PCE)，且无效率损失。由国家可再生能源实验室(NREL)认证，钙钛矿微型模块的认证的转换效率分别为19.3和19.2%，面积分别为18.1和50.0平方厘米。
此外，减少的界面空隙和钙钛矿膜中的CBH残留物稳定了PSCs，提高了高效钙钛矿组件的收率。
图文详情
图1. 通过剥离ITO玻璃基板上的钙钛矿膜来研究钙钛矿-衬底界面的形貌
图2. 钙钛矿薄膜的表征
图3. PSCs的光伏性能
图4. 钙钛矿微型组件的光伏性能
作者介绍
黄劲松，美国内布拉斯加大学林肯分校教授。在UCLA杨阳老师课题组读博士，于2007年获得加州大学洛杉矶分校材料科学与工程博士学位。其后在美国Agiltron公司先后以研究科学家、资深研究科学家身份工作2 年。于2009 年就职于内布拉斯加大学林肯分校，2014年提前破格提升副教授，2016年破格提升教授。当前，他是该校Susan J. Rosowski讲座教授、材料工程博士学科主席以及William E. Brooks Engineering领导小组成员。黄劲松博士在有机薄膜太阳能电池（有机-无机铅卤化物钙钛矿太阳能电池）、光电探测器领域取得了举世瞩目的突出科研成绩。
值得说明的是，前两天发表钙钛矿Science的北京理工大学陈棋教授和北京大学周欢萍特聘研究员也都是来自杨阳教授门下，不愧是名师出高徒！
文献信息
Stabilizing perovskite-substrate interfaces for high-performance perovskite modules. Science 373 (6557), 902-907.
https://science.sciencemag.org/content/373/6557/902
