文章介绍
稳定黑相三碘化甲脒铅 （FAPbI3） 对于高性能钙钛矿太阳能电池 （PSC） 至关重要。
基于此，华科/海南大学李雄等人提出了一种利用共蒸发铯碘化铅 （CsPbI3） 封层的稳定策略。在良好的晶格匹配下，立方相 CsPbI3 在 FAPbI3 表面上自发形成，与底层黑相 FAPbI3 建立相互相位稳定。当与铵盐界面修饰结合时，CsPbI3 夹层有效抑制了堆叠钙钛矿层之间的离子（FA+ 和 F-PEA+）扩散。FAPbI3/CsPbI3 双层结构器件的逆向扫描功率转换效率达到了 27.17%，并保持了 26.62% 的稳定功率输出效率。值得注意的是，在 1500 小时的湿热测试后，电池保留了 93.5% 的初始效率，并在大约 1185 小时后保留了超过 94.2% 的最大 PCE，线性外推到 T90 的 2352 小时作在 85 °C 的最大功率点跟踪下连续照明。该论文近期以“Mutual stabilization of hybrid and inorganic perovskites for photovoltaics”为题发表在顶级期刊eScience上。
图文信息
图1. FAPbI 3/CsPbI 3双层策略。（a）双层钙钛矿结构的示意图，（B）入射角为0.01°至0.4°的FAPbI 3/CsPbI 3双层钙钛矿膜的GIWAXS图案。（c）FAPbI 3和FAPbI 3/CsPbI 3钙钛矿膜的AFM-IR图像。（d）FAPbI 3/CsPbI 3叠层的XPS Cs 3d深度分布。
图2. 相互稳定的FAPbI 3/CsPbI 3双层钙钛矿结构。（a）钙钛矿相变和相互稳定性示意图。（B）在立方FAPbI 3（100）衬底上，立方（α）和非钙钛矿（δ）CsPbI 3的形成能随沉积厚度的变化。L为沉积厚度，Δ𝐺 s int，f为单位面积，体积，f v G是每体积CsPbI 3的形成能，γ是界面张力。（c）FAPbI 3和CsPbI 3包覆的FAPbI 3在300 K时的均方根偏差（RMSD）。通过XRD比较（d）ITO/CsPbI 3、（e）ITO/α-FAPbI 3和（f）CsPbI 3在α-FAPbI 3衬底上的相稳定性。插入相应GIWAXS数据的图像。
图3. FAPbI 3/CsPbI 3双层钙钛矿策略的界面稳定性效应。（a，b，c，d）FAPbI 3/F-PEAl和FAPbI 3/CsPbI 3/F-PEAl钙钛矿膜中离子迁移的示意图。（e，f）FAPbI 3/F-PEAl和（g，h）FAPbI 3/CsPbI 3/F-PEAl钙钛矿结构在老化之前和之后的原位TA光谱。（i，j）FAPbI 3/F-PEAl和（k，h）FAPbI 3/CsPbI 3/F-PEAl钙钛矿结构的XPS深度分布。l）老化前后的FAPbI 3/CsPbI 3/F-PEAl钙钛矿结构。
图4. 器件性能和稳定性分析。（a）示意性器件结构能级，（B）PLQY结果。（c）阶跃电压下器件的瞬态电流。（d）反向扫描下不同钙钛矿薄膜的PSC的J-V曲线。
(e)基于10个器件的具有不同钙钛矿膜的PSC的PCE的统计。(f)基于FAPbI 3/CsPbI 3/F-PEAI钙钛矿膜的冠军平面大面积（1.0cm2）PSC在AM 1.5G光照条件（100 mW cm-2）下的J-V曲线。（g）封装的FAPbI 3、FAPbI 3/F-PEAI和基于FAPbI 3/CsPbI 3/F-PEAI的器件在85 ℃下1个太阳光照下的稳定性（ISOS-D-2 I）。（h）在85 ℃下用AM 1.5G全光谱在连续1个太阳照射下包封的对照和靶细胞的MPP跟踪（ISOS-L-2）。
总之，作者成功地开发了一种通过真空蒸发生长工艺引入高质量CsPbI 3薄膜的相互稳定策略，同时隔离或抑制离子迁移。构建了高稳定性的FAPbI 3/CsPbI 3钙钛矿异质结构，并与钝化剂F-PEAI结合，制备了效率为27.35%（认证效率为27.17%）的PSCs和效率为25.14%（认证效率为24.88%）的1cm 2器件。基于FAPbI 3/CsPbI 3/F-PEAI的器件在1500小时湿热测试后保持93.45%的初始效率，并且在约1，185小时后保持超过94.2%的其最大PCE，其中分别在85 °C下在标准照明下在最大功率点跟踪中线性外推至2，352小时的T90。作者的方法为如何在3D钙钛矿组合物表面上构建稳定的高质量钙钛矿保护涂层提供了新的视角。
器件制备
器件结构：ITO/4PADCB/Al2O3/PVSK/C60/BCP/Ag
1. 洗过的ITO 臭氧30min, 4PADCB 3000rpm 30s旋涂，100℃退火10min；Al2O3纳米颗粒 (20 ul/ml in IPA)，5000rpm 30s旋涂；
2. 1.8M FAPbI3前驱液于DMF:DMSO=4:1(v/v)+15 mol% MACl and 2 mol% PbI2 ，60℃加热1h后，0.22um PTFE 过滤，6000rpm 30s 旋涂，第二步20s使用150uL CB 反相，空气中120℃退火20min；
3. 通过共蒸发PbI2和CsI制备了钙钛矿薄膜。
4. F-PEAI 1 mg/mL IPA，4000rpm 30s旋涂，100℃退火5min；
5. 蒸镀25 nm C60，7 nm BCP， 100 nm Ag.
文章信息
AY. Li, Z. Zheng, X. Zheng, X. Liu, Y. Yang, Y. Zhu, Z. Wang, X. Ren, M. Fu,R. Guo, J. Guo, Z. Xiao, Y. Rong, X. Li, Mutual stabilization of hybrid and inorganic perovskites forphotovoltaics, eScience, https://doi.org/10.1016/j.esci.2025.100449.
DOI: 10.1016/j.esci.2025.100449
