文章介绍
钙钛矿太阳能电池在过去十年中发展迅速。为了制造高效的钙钛矿太阳能电池，人们致力于通过溶剂、反溶剂和添加剂工程来调节钙钛矿活性层的成核和结晶过程。然而，仍然需要有效的策略来调节钙钛矿成核和晶体生长以及表面和晶界的原位钝化缺陷。基于此，中科院化学所孟磊和李永舫院士团队将 1,4-丁烷磺内酯作为第二溶剂引入钙钛矿前驱体溶液中，以调节 α-FAPbI3 层的成核。1,4-丁烷磺内酯与溶质之间的相互作用降低了成核密度并抑制了次级成核。同时，1,4-丁烷磺内酯在退火过程中的开环转化产生 4-氯丁烷-1-磺酸盐和 4-碘丁烷-1-磺酸盐，有效地钝化了钙钛矿中的表面缺陷。
因此，处理过的 n-i-p 平面钙钛矿太阳能电池实现了 26.5% 的功率转换效率(认证为 26.2%)，并具有增强的长期稳定性。该论文近期以“Solvent-assisted reaction for spontaneous defect passivation in perovskite solar cells”为题发表在顶级期刊Nature Photonics上。
研究亮点：
溶剂辅助反应：利用溶剂辅助反应来促进钙钛矿材料中的缺陷钝化。
自发缺陷钝化：通过这种方法，钙钛矿太阳能电池能够自发地减少缺陷，提高性能。
效率和稳定性提升：采用溶剂辅助反应的钙钛矿太阳能电池展现出更高的效率和更好的长期稳定性。
研究内容：
该研究专注于通过溶剂辅助反应来改善钙钛矿太阳能电池的性能。科研团队通过在钙钛矿前驱体溶液中引入特定的溶剂，促进了钝化分子或离子的插入，从而在钙钛矿晶体中形成了缺陷钝化层。这种缺陷钝化层有助于减少非辐射复合损失，提高电荷传输效率。
研究意义：
性能提升：这项工作提供了一种通过溶剂辅助反应来提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的新方法。
推动产业化进程：这种自发缺陷钝化技术为钙钛矿太阳能电池的商业化和大规模生产提供了新的可能性，有助于推动绿色能源技术的广泛应用和可持续发展。
科学贡献：该研究为理解和设计高效率、高稳定性的钙钛矿太阳能电池提供了新的视角，对于钙钛矿太阳能电池领域的科学进步具有重要贡献。
图文信息
图1. 成核过程中的分子相互作用和调制。a，FAI、BuSO：FAI和BuSO：FAI：PbI 2(氘试剂，DMSO-d 6)的氘代DMSO溶液的1 H NMR光谱。B，c，浸渍过程中对照膜(B)和目标膜(c)的原位PL光谱。d，e，不同浸渍时间下对照膜(d)和目标膜(e)的PL光谱。f，g，对照膜(f)和目标膜(g)的掠入射广角X射线衍射光谱图像。
图2. 卤离子诱导的开环反应. a，BuSO与卤离子的开环反应. B，BuSO和BuSO：FAI：MACl溶液(溶于DMF并加热60分钟;氘试剂，DMSO-d 6)的1H NMR谱。
图3. 卤离子诱导的BuSO开环反应，用于自发缺陷钝化。a，靶膜深度剖面中追踪的SO 3 −离子的重建元素三维图。B，靶膜深度剖面中追踪的SO 3 −离子的垂直分布。c，靶膜追踪的SO 3 −离子的重建顶视图表面元素二维图。d，e，对照膜和目标膜的Pb 4f(d)和I3 d(e)的XPS光谱。f，计算结构，说明FAPbI 3表面I−空位被4-氯丁烷-1-磺酸根阴离子钝化(详细的优化能量总结在补充表1中)。所有的化学物种都显示在球和棒表示中。Pb 2+，灰色; I-，紫色;氧原子，红色;碳原子，棕色;氮原子，浅蓝色;氢原子，粉红色;硫原子，黄色;氯原子，蓝色g，由具有不同溶剂体积比的BuSO：DMF的前体溶液制造的FAPbI 3膜的时间分辨PL。h，i，对照(h)和目标(i)膜的PL映射图像。比例尺，5 μm。
图4. 钙钛矿电池的光伏性能和稳定性。a，完成的目标pero-SC的横截面SEM图像。比例尺，1 μm。B，对照和目标pero-SC在正向和反向扫描下的J-V曲线(器件面积，0.09 cm 2)，在AM1.5 G照明和100 mW cm-2下。c，控制和目标器件的最大功率点跟踪。d，控制和目标器件的外量子效率(EQE)和积分Jsc。e，控制和目标器件的PCE分布。f，控制和目标器件的测量Voc与光强之间的关系。g，控制和目标器件的长期稳定性(发光二极管灯，100
mW cm−2)。
总之，作者通过将BuSO引入到前体溶液中并利用抗溶剂方法制备了PCE为26.5%的FAPbI 3基pero-SC。BuSO的引入减缓了成核速率并阻碍了二次成核，并且BuSO与卤素离子之间的开环反应产物钝化了钙钛矿活性层的体缺陷和表面缺陷。因此，通过我们的发现获得了高效和稳定的基于FAPbI 3的器件，这为提高pero-SC的性能和稳定性提供了一种简便的方法。
器件制备
器件制备：
n-i-p结构：FTO/SnO₂/PVSK/spiro-OMeTAD/MoO₃/Ag
1. 洗干净的FTO玻璃，臭氧30 min，SnO 2胶体溶液用去离子水稀释至5wt%。将铬酸铵以2 mg ml-1溶解在稀释的SnO
2胶体溶液中，3000rpm 30s旋涂，150°C退火30分钟，随后进行15分钟的紫外臭氧处理。制备好的SnO₂层称为CBD-SnO₂。)
2. 将829.8 mg PbI 2、309.6 mg FAI和42.5 mg MACl溶解在1 ml DMF和BuSO的混合溶剂中(BuSO：DMF的体积比= 1：10)，5000rpm 10s旋涂，浸入DE中以除去残留溶剂，120°C退火60分钟;
3. 2mg/ml 异丁胺氢溴酸盐旋涂;
4. 90 mg/mL Spiro-OMeTAD CB+39 µL t-BP+22 µL(Li-TFSI，520 mg/mL，ACN)+15
µL(Co盐，300 mg/mL，ACN)，5000 rpm 30s旋涂;
5. 蒸镀12 nm MoO3和100 nm Au。
