纯无机铯铅卤素钙钛矿（CsPbX₃）材料与有机-无机杂化钙钛矿材料相比，表现出优异的热稳定性。在许多情况下，钙钛矿层及界面层的高温退火工艺是制备高性能CsPbX₃器件的必要条件之一，但高温工艺不适用于柔性基底及卷对卷大面积制备。制备高效的柔性CsPbI₂Br钙钛矿太阳能电池一方面要制备低温高质量的电子传输层材料，以增强钙钛矿在柔性基底上的晶体质量，提高能级匹配度，提高开路电压；另一方面要钝化钙钛矿的缺陷，增强电荷传输性能，减少电荷复合，从而提高电池效率。

  近日，北京科技大学杨洲教授团队通过低温界面工程，制备了高效柔性的CsPbI₂Br钙钛矿太阳能电池。一方面，利用厚度不敏感的铝掺杂的氧化锌（AZO）作为电子传输层，利用其低温制备及能级更加匹配的特点，增强了CsPbI₂Br钙钛矿在柔性基底上的晶体质量，提高了能级匹配度及耐弯折性；另一方面，使用氰基乙酸叔丁酯（t-BCA）作阳极钝化层，钝化了钙钛矿表面的缺陷，增强电荷传输性能，减少电荷复合，使效率从12.74%提高到15.08%。研究成果发表在英国皇家化学会的国际权威期刊《JMCA》上，Low-temperature Interfacial Engineering for Flexible CsPbI2Br Perovskite Solar Cells with High Performance Beyond 15%，Journal of Materials Chemistry A，2020，DOI: 10.1039/C9TA13922B.

  如图1所示，t-BCA中的氰基官能团与钙钛矿的金属空位产生络合作用，从而使钙钛矿被钝化。而AZO中的铝钝化了氧化锌中的缺陷；与氧化锌和氧化锡相比，AZO跟CsPbI₂Br钙钛矿的能级更加匹配。

图1. （a）PSC的器件结构。（b）t-BCA与钙钛矿络合的原理图。（c）不同电子传输层的能级图。（d）AZO与ZnO的球棍模型。

  从图2的X射线衍射图（XRD），紫外可见光谱和光致发光（PL）光谱结果可知，与在SnO₂和ZnO上生长的钙钛矿相比，AZO上生长的钙钛矿结晶度提高。钙钛矿薄膜的PL淬灭情况也显示AZO上生长的钙钛矿电子萃取能力更强。而AZO上生长的钙钛矿正反面的PL信号强度接近，说明其顶部和底部表面的光学信号相似，钙钛矿生长良好。

图2. 不同电子传输层上生长的钙钛矿的XRD图，紫外可见吸收光谱和从钙钛矿正反面测试的PL光谱。

  进一步探究有无t-BCA钝化层对钙钛矿薄膜的影响，从有无t-BCA钝化层的钙钛矿薄膜的PL，时间分辨光致发光光谱（TRPL），阻抗和X射线光电子能谱（XPS）可以看出，有t-BCA钝化层的钙钛矿薄膜显示出稳态PL蓝移，荧光寿命减少，复合阻抗增大，显示t-BCA能有效钝化钙钛矿表面缺陷，降低CsPbI₂Br PSCs的复合损耗。而XPS结果证实t-BCA中的N与金属阳离子之间形成了配位键，表明t-BCA可以钝化钙钛矿表面陷阱态。

图3. 有无t-BCA钝化层的钙钛矿薄膜的（a）稳态PL光谱和（b）TRPL光谱。（c）有无t-BCA钝化层的钙钛矿太阳能电池的阻抗。有无t-BCA钝化层的钙钛矿薄膜，以及纯t-BCA薄膜的Cs 3d（d）、Pb 4f（e）和N 1s（f）的XPS能谱图。

  评估了有无t-BCA钝化层的器件性能。可以看出添加了t-BCA钝化层后器件效率及稳定性有显著提高。(图4）

图4. （a）标准AM 1.5照度（100 mw/cm²）下有无t-BCA钝化层的PSCs（0.1 cm²）的电流密度-电压（J-V）曲线。（b）EQE光谱和集成电流。（c）稳态光电流及最大功率点输出PCE。（d）30个PSCs的PCE直方图。有无t-BCA钝化层器件的长期稳定性:（e）25℃，20%-30% RH下存放，（f）85℃下持续加热，（g）25℃，65% RH下存放，（h）环境空气中持续光照。

  此外，为了进一步研究t-BCA钝化层对钙钛矿的钝化作用，基于空间电荷限流（SCLC）测量模型的陷阱态密度和光强依赖的J-V测量如图5所示，t-BCA钝化层能有效的钝化钙钛矿的表面缺陷，抑制电荷的复合，有利于提高器件的光伏性能和稳定性。

图5. PSCs的电荷提取特性分析:（a，b）纯空穴和纯电子器件在不同条件下的J-V曲线。（c，d）V_oc和J_sc在不同光照强度下的依赖性。

  为了研究具有t-BCA钝化层的柔性CsPbI₂Br PSCs的力学稳定性，采用不同曲率半径和循环次数的弯曲测试方法，对其进行了力学耐久性测试。测试结果显示有钝化层的柔性PSCs机械柔韧性良好。

图6. （a）柔性器件的PCE随弯曲半径增大（不弯曲、12 mm、7 mm、5 mm、3 mm）的变化。插图为PSCs的实物图像。（b）弯曲半径为3 mm的柔性PSCs弯曲1000次前后的J-V曲线。

  以上研究成果以《Low-temperature Interfacial Engineering for Flexible CsPbI2Br Perovskite Solar Cells with High Performance Beyond 15%》为题在国际权威材料化学类期刊Journal of Materials Chemistry A（2020，DOI: 10.1039/C9TA13922B）上发表。该论文第一作者为北京科技大学杨霞（博士），第一单位第一通讯作者为北京科技大学杨洲教授，合作单位：中科院化学所宋延林研究员（共同通讯），南昌大学胡笑添研究员（共同通讯）。欢迎各位同仁交流和合作！

  论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ta/c9ta13922b#!divAbstract