全无机铯-铅卤化物钙钛矿太阳能电池（CsPbX3，X = I，Br，Cl）因其优异的光电性能和热稳定性而受到越来越多的关注，其中CsPbI3钙钛矿可以承受超过300℃的高温条件，同时由于其黑色立方相结构具有适宜的光学带隙（1.73 eV），在作为钙钛矿/硅叠层太阳能电池的顶电池方面很有应用前景。但是，CsPbI3钙钛矿自身的Goldschmidt容忍因子(~0.81)较低，导致黑色立方相结构在室温、大气环境下极易转变为光电性能较差的黄色正交相。为提高CsPbI3钙钛矿的相稳定性，研究人员已经开发了众多有效的策略，目前常用的一种方法便是进行卤素取代。使用更小的Br-部分取代I-，增大Goldschmidt容忍因子，达到稳定立方钙钛矿相的作用。可是另一方面，混合卤化物钙钛矿对光诱导的卤化物偏析非常敏感，光照下易发生离子迁移，进而产生I富集与Br富集，使得电池器件性能下降；同时空穴传输材料Spiro-OMeTAD中的掺杂剂（TBP、Li+）对器件性能稳定也具有不利作用，因此急需寻找简便有效的方法来解决全无机混合卤化物钙钛矿的光诱导降解问题，进一步为实现市场应用做准备。
图1. PN4N和PDCBT双界面协同钝化CsPbI2Br钙钛矿薄膜
针对提高器件的光照稳定性，华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室叶轩立教授研究团队采用了氨基官能化聚合物（PN4N）作为阴极界面层以及非掺杂的空穴传输聚合物（PDCBT）替代Spiro-OMeTAD作为阳极界面层。PN4N界面层可以有效调节表面浸润性，实现了大晶粒、高结晶度的钙钛矿薄膜生长；同时PN4N层使得阴极界面处形成界面偶极子，降低了SnO2的功函，PDCBT更深的HOMO能级在阳极处实现良好的能级匹配，二者共同促进了开路电压Voc的显著提高；另外，经实验测试和理论模拟计算，均得到了PN4N和PDCBT可以与钙钛矿晶体发生强烈的相互作用的结果，实现双界面协同钝化表面缺陷的作用并抑制CsPbI2Br薄膜的光诱导卤化物分离。最终成功制备了高效率（>16%）、高光照稳定性的CsPbI2Br无机混合卤化物钙钛矿电池（PVSC），是所有无机PVSC报道中的最高效率之一，优化器件在连续1 Sun等效照射下持续400小时，效率只下降了10％。该工作对混合卤化物钙钛矿太阳能电池光稳定性的研究提供了新的思路。
图2. 在（a）SnO2和（b）SnO2/PN4N ETL上的CsPbI2Br薄膜的扫描电子显微镜（SEM）图像；（c）具有不同阴极界面的CsPbI2Br薄膜晶粒尺寸分布和（d）XRD图案；在（e）SnO2和（f）SnO2/PN4N ETL上的CsPbI2Br薄膜的掠入射广角X射线散射（GIWAXS）图像。
图3. （a）Cs 3d，（b）Pb 4f和（c）N 1s在CsPbI2Br、CsPbI2Br/PN4N（~8nm）和PN4N薄膜中的XPS光谱；DFT计算的CsPbI2Br表面电子构型和PN4N、PDCBT的缺陷态钝化效应：（d）具有反位缺陷的CsPbI2Br（110）表面的电荷密度分布图;（e）PN4N和（f）PDCBT在CsPbI2Br（110）上的表面钝化反位缺陷。
以上成果发表在Advanced Materials上。论文的第一作者为华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室硕士研究生生田晶晶，通讯作者为叶轩立教授和薛启帆副研究员。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901152
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