界面就是器件！構(gòu)筑好的界面有助于實現(xiàn)能級匹配及載流子高效傳輸，劉明偵團(tuán)隊在這兩個月針對界面進(jìn)行了單點(diǎn)突破，在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域連續(xù)發(fā)表兩篇高質(zhì)量文章。

2022年4月5日，電子科技大學(xué)劉明偵團(tuán)隊在Advanced Materials雜志上發(fā)表文章‘Pre-buried Additive for Cross-Layer Modification in Flexible Perovskite Solar Cells with Efficiency Exceeding 22%’。

柔性電池應(yīng)用很廣，隨貼隨用，快速發(fā)電，并且所用的材料少，商業(yè)前景大。劉明偵等人將甲酸銨(HCOONH₄)預(yù)埋到電子傳輸層（SnO₂），不僅改善鈣鈦礦-電子傳輸層界面，還利用甲酸銨沸點(diǎn)低的特性至下而上滲透到鈣鈦礦層，提升鈣鈦礦層質(zhì)量，并降低鈣鈦礦薄膜的殘余應(yīng)力及缺陷。利用甲酸銨對界面和鈣鈦礦層整體改性后，實現(xiàn)了22.37%最高柔性太陽能電池記錄效率，第三方認(rèn)證效率為21.9%，為柔性鈣鈦礦電池最高記錄值。

核心方法：將0.8 mg/mL的醋酸銨加入到SnO₂前驅(qū)液中，旋涂退火后形成預(yù)埋HCOONH₄的SnO₂電子傳輸層，然后再使用兩步法制備鈣鈦礦層。

提升電子傳輸層：HCOONH₄不僅減少了電子傳輸層中OH^–的比例和復(fù)合中心，還將電子傳輸層的電子遷移率從4.33*10^-4 cm² V^-1 s^-1提升到6.92*10^-4 cm² V^-1 s^-1。

提升鈣鈦礦層：預(yù)埋的HCOONH₄會至下而上擴(kuò)散到鈣鈦礦層，輔助鈣鈦礦結(jié)晶，通過HCOO^–和鹵素的離子交換來降低結(jié)晶速率并減少非輻射復(fù)合。

提升電子傳輸層-鈣鈦礦之間的界面：采用時間分辨熒光光譜、瞬態(tài)光譜、電化學(xué)分析、飛行時間-二次離子質(zhì)譜分析，HCOONH₄對界面也有明顯的提升作用。

這項工作采用簡單的一個策略，同時提升了電子傳輸層、鈣鈦礦層、界面層的性能，進(jìn)一步縮小了柔性鈣鈦礦電池和剛性襯底鈣鈦礦太陽能電池的差距。

2022年3月9日，電子科技大學(xué)劉明偵團(tuán)隊在ACS Applied Materials & Interfaces雜志上發(fā)表文章‘Construction of Charge Transport Channels at the NiOx/Perovskite Interface through Moderate Dipoles toward Highly Efficient Inverted Solar Cells’。

NiO_X空穴傳輸層被廣泛用于反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池，目前采用的一系列苯甲酸分子對NiOx表面進(jìn)行鈍化，很難實現(xiàn)電流和電壓的同時提高。劉明偵等人在采用弱偶極分子2-噻吩甲胺(TPMA)對NiOx和鈣鈦礦之間的界面進(jìn)行鈍化，適度偶極有助于載流子提取，顯著提升了反式鈣鈦礦太陽能電池性能。

核心方法：實驗室合成NiOx納米顆粒，旋涂后獲得薄膜，然后在NiOx薄膜表面旋涂1% TPMA的DMF溶液，75 ^oC退火15分鐘后再制備鈣鈦礦層。

界面鈍化：XPS分析表面，加入的TPMA分子的噻吩基團(tuán)更容易和未配位的Ni²⁺結(jié)合，鈍化了缺電子導(dǎo)致的缺陷。另一方面，TPMA的NH₂基團(tuán)可以填補(bǔ)MA空位。因此，TPMA有‘承上啟下’的界面鈍化作用。

DFT計算：TPMA表面靜電勢分析從噻吩到NH₂官能團(tuán)的偶極只有1.2 D，它們的給電子能力相當(dāng)。由于TPMA一端連接NiOx，一端連接鈣鈦礦，分子在界面處表現(xiàn)為一致的偶極。KPFM表明，TPMA處理后的NiOx具有更高的表面接觸電勢，產(chǎn)生一個額外的電場，從鈣鈦礦指向NiOx，有助于空穴提出。

最終，采用TPMA修飾的反式鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率有了大幅度提升。

NiOx的表面鈍化工作很多，這項工作從偶極矩角度出發(fā)，實現(xiàn)了性能的大幅提升，提供了一種新的角度和思路。

2. https://doi.org/10.1002/adma.202109879