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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教授作为世界著名材料学领域和光学专家，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，Edward H. Sargen教授在Nature和Science等国际顶级期刊发表论文多篇，目前已获引用超过101117次（Google数据），h-index高达163。 2023年7月13日和14日先后两天Edward H. Sargent教授分别在Nature和Science发文，其分别为“ Homomeric chains of intermolecular bonds scaffold octahedral germanium perovskites”和“ Engineering ligand reactivity enables high-temperature operation of stable perovskite solar cells”，均是在钙钛矿方面做出了诸多的研究。Nature的报道见推送“ NS论文收割机，再度来袭！Edward H. Sargent再发Nature！”
属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSC）是新兴的光伏（PV）技术，有望在太瓦级中发挥作用。它们将高功率转换效率（认证PCE高达25.7%）与使用丰富材料的低成本解决方案处理相结合。为了与晶体硅（c-Si）太阳能电池竞争并与c-Si在串联电池中应用，PSCs将需要改进，例如在加速老化的高温下的工作稳定性。 界面具有高缺陷密度和低离子转移屏障，并且容易受到水分和氧气诱导的降解，可以为PSC中的能量损失和降解提供途径。在创纪录效率的PSC中，界面已通过使用二维和三维 （2D/3D）混合结构进行钝化，其中一层薄薄的Ruddlesden-Popper 2D 钙钛矿终止3D钙钛矿表面。 这些2D/3D结构是通过将钙钛矿表面暴露于含有铵配体的溶液中构建的，在此期间3D晶格被破碎成2D层。这种方法通常是有益的，因为2D覆盖层增加了钙钛矿对降解。 一些研究表明，2D/3D界面在热应力下的稳定性有限。已经取得了进展，最近的一项研究表明，在500℃，65%相对湿度（RH）和最大功率点（MPP）跟踪的条件下具有65小时的运行稳定性，并通过加入3-氟苯乙基铵（3FPEA）插层得到增强。 鉴于这些有希望的性能和稳定性改进，该领域继续追求更高的耐用性目标。有兴趣将标准提高到85℃。 然而，铵配体与3D钙钛矿的反应性可能导致进一步渗透到块钙钛矿薄膜，并可能导致在这些非常苛刻的应力条件下器件性能下降。因此，有必要探索了非侵入性表面钝化配体，在以前的研究中，这些配体尚未实现2D/3D策略的明显优势。 在此，加拿大多伦多大学Edward H. Sargent院士，瑞士洛桑联邦理工学院Michael Grätzel教授和, 美国Kenneth R. Graham教授使用与大量钙钛矿不反应的铵配体，并研究了系统地改变配体分子结构的文库，发现氟化铇提供界面钝化，同时最大限度地减少与钙钛矿的反应性。 使用这种方法，报告了反结构PSC的认证准稳态功率转换效率为24.09%。在85°C和50%相对湿度下运行的封装设备中，记录了1560小时的T85在1个太阳光照下的最大功率点。 相关文章以“Engineering ligand reactivity enables high-temperature operation of stable perovskite solar cells”为题发表在Science。
图1. 铵态氮配体渗透的AR-XPS表征
图2. 钙钛矿薄膜的相变
图3. DFT研究
图4. 钙钛矿薄膜的热稳定性
图5. 钙钛矿太阳能电池与界面工程的光伏性能 文献信息So Min Park†, Mingyang Wei†, Jian Xu†, Harindi R. Atapattu, Felix T. Eickemeyer, Kasra Darabi, Luke Grater, Yi Yang, Cheng Liu, Sam Teale, Bin Chen, Hao Chen, Tonghui Wang, Lewei Zeng, Aidan Maxwell, Zaiwei Wang, Keerthan R. Rao, Zhuoyun Cai, Shaik M. Zakeeruddin, Jonathan T. Pham, Chad M. Risko, Aram Amassian, Mercouri G. Kanatzidis, Kenneth R. Graham*, Michael Grätzel *, Edward H. Sargent*, Engineering ligand reactivity enables high-temperature operation of stable perovskite solar cells, Science, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi4107
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