能源情报，科学家利用新策略提升钙钛矿太阳能电池效率至25.89%！！

【科学背景】

钙钛矿太阳能电池（PSCs）是下一代光伏技术的有力竞争者，因其优异的光电性能和低成本、大规模制造的兼容性，成为了研究热点。然而，PSCs在商业化过程中面临着操作稳定性的问题，这主要归因于钙钛矿薄膜与载流子传输层之间界面缺陷的存在，导致器件性能和稳定性下降。

为了解决这一问题，全球范围内的科学家们进行了大量研究，提出了多种改善钙钛矿材料和器件稳定性的方法，如新型材料的引入、加工工艺的优化以及钝化策略的应用。近年来，利用超分子化学中的主–客体络合策略来减少钙钛矿材料中的缺陷浓度，已被证明是提升PSCs光电性能的有效手段。

基于此，洛桑联邦理工学院Michael Grätzel院士课题组的Chenxu Zhao（复旦大学和华北电力大学校友）, Zhiwen Zhou以及复旦大学张鸿教授、华北电力大学Jianxi Yao等科学家提出了一种双主-客体（DHG）络合策略，通过在钙钛矿表面依次引入Cs–冠醚络合物和有机铵盐，以调控其体相和界面特性。

研究结果表明，该策略不仅有效钝化了钙钛矿中的缺陷，还显著提升了载流子的提取和传输效率，使器件的光电转换效率（PCE）达到25.89%（认证值为25.53%），并且在连续1050小时光照条件下，保持了96.6%以上的初始PCE。这一研究为提高PSCs的操作稳定性提供了新的解决方案。

【科学亮点】

1. 实验首次引入了双主客体（DHG）络合策略，用于调控富含FAPbI3的钙钛矿太阳能电池（PSCs）的体相和界面特性。通过这一策略，成功地钝化了钙钛矿薄膜中的缺陷，并提高了载流子的提取和传输效率。

2. 实验通过NMR光谱和电光特性表征，验证了DHG策略的有效性。NMR光谱显示，冠醚修饰了铵环境，表明双重处理在分子水平上产生了协同效应。同时，电光特性测试结果显示，DHG处理后的钙钛矿薄膜表现出更低的非辐射载流子复合损失和更高的电荷提取效率。

3. 实验结果显示，经过DHG处理的PSCs实现了高达25.89%的光电转换效率（PCE），并且经过1050小时的一倍太阳光照连续操作后，保留了96.6%以上的初始PCE（25.55%），表现出卓越的操作稳定性。

【科学图文】

图1：  超分子界面设计与表征。

图2：表面形态、电势和局部态密度。

图3：器件性能和载流子动态表征。

【科学启迪】

本文通过创新的双主客体（DHG）络合策略，能够有效地调控钙钛矿太阳能电池（PSCs）的体相和界面特性，从而显著提高其光电转换效率和操作稳定性。这一策略不仅成功钝化了材料中的缺陷，减少了非辐射载流子复合损失，还优化了钙钛矿与空穴传输层（HTL）之间的电荷传输，最终实现了高达25.89%的光电转换效率，并在连续1050小时的光照测试中保持了96.6%以上的初始性能。这表明，通过合理设计和应用超分子工程，可以克服现有钙钛矿太阳能电池在稳定性上的关键瓶颈，为实现高效、稳定的下一代光伏技术提供了新思路和技术路径。这一研究成果为未来钙钛矿光伏器件的商业化奠定了坚实基础。

参考文献：Zhao, C., Zhou, Z., Almalki, M. et al. Stabilization of highly efficient perovskite solar cells with a tailored supramolecular interface. Nat Commun 15, 7139 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-51550-z