本文来源：ABC、微算云平台欢迎关注预约“募格课堂”系列直播！Edward H. Sargent教授，加拿大皇家科学院院士，加拿大工程院院士，加拿大科技部纳米技术分部主席，InVisage Technologies 创始人，Xagenic共同创始人，AAAS会士，IEEE会士，ACS Photonics副主编。Edward H. Sargen教授是材料学和光子学邻域世界著名科学家，
因其在可溶相处理的半导体太阳能电池和光探测器研究中所作出的杰出贡献，当选Fellow of the AAAS；因其在胶体量子点光电子器件研究中所作出的贡献，当选Fellow of the IEEE；因其在利用量子限域材料制备全光谱太阳能电池和超灵敏光探测器研究中所作出的贡献，当选加拿大工程院院士。
2022年11月15日，Nature网上更新了Sargent教授最新接收的文章，这篇文章于2022年6月24日投稿，2022年11月8日接收，11月15日上线，流程不到5个月，这速度真快！迄今为止，他已发表Nature系列文章139篇，其中16篇Nature正刊，Science系列文章16篇，其中14篇Science正刊。
本工作中，多伦多大学
Edward H. Sargent
教授和托莱多大学
鄢炎发
教授等人合作，发表文章Regulating surface potential maximizes voltage in all-perovskite tandems，通过界面的调节，实现了创纪录的串联钙钛矿太阳能电池性能。
使用金属卤化物钙钛矿(~ 1.2 eV - 3.0 eV)可获得广泛的带隙，使硅、铜铟镓硒(CIGS)和有机光伏串联太阳能电池成为可能。最近，由宽带隙(WBG) ~1.8 eV和窄带隙(NBG) ~1.2 eV层堆叠而成的全钙钛矿串联太阳能电池超越了单结钙钛矿太阳能电池(PSC)的最高能量转换效率(PCE)记录。
尽管进展迅速，但由于WBG电池的开路电压(Voc)损失较大，串联钙钛矿太阳能电池的PCE受到限制。虽然单结~ 1.5 eV的PSCs已经显示出Voc损失(带隙和器件Voc之间的差异)低至0.3 V，带隙>1.75 eV的混合碘化物/溴化物的PSCs还没有实现Voc损失低于0.5 V。有人认为，Voc损失是由于钙钛矿中Br浓度>20%时陷阱密度的增加，光诱导卤化偏析以及电荷传输层的能量排列差。
钙钛矿一旦与电荷输运层接触，光致发光量子产率(PLQY)就会急剧下降，这表明钙钛矿/传输层界面在钙钛矿带隙内产生了重组途径。准费米能级劈裂(QFLS)测量表明，在电子传输层(ETL)接触处有Voc限制重组。
作者发现，这源于表面电位不均匀和钙钛矿ETL能量排列不良。普通的单铵表面处理无法解决这一问题。
作者引入了二铵分子来修饰钙钛矿的表面状态，从而获得更均匀的表面电位空间分布。
使用1,3-丙烷二铵(PDA)，QFLS提高了90 meV，使1.79 eV PSCs具有1.33 V的Voc以及>19%的能量转换效率(PCE)。将该层加入到单片全钙钛矿串联太阳能电池中，作者实现了创纪录的Voc，为2.19 V(为Voc极限值的89%)和>27%的PCE(准稳态认证结果为26.3%)。这些串联电池在操作
500小时后仍保留86%以上的初始PCE。
图1. 钙钛矿与ETL的复合:分析与最小化策略
图2. 表面不均匀性及其表面吸附分子层的修复
图3. WBG钙钛矿太阳能电池的表征
图4. 钙钛矿串联太阳能电池的光伏性能和稳定性
论文链接
Chen, H., Maxwell, A., Li, C. et al. Regulating surface potential maximizes voltage in all-perovskite tandems. Nature (2022).
