陈润锋/李明光：敷面膜策略构筑高质量钙钛矿薄膜及其光伏器件应用

haotianqi

近日，南京邮电大学陈润锋教授、李明光副教授团队与中国科学院高能物理研究所杨华博士、四川大学高分子科学与工程学院李鸿翔博士展开合作，在有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池（PSCs）领域取得重大突破。相关成果以“Incubating High-Quality Perovskite film via Facial Mask Technique for Efficient and Stable Solar Cells”为题在国际顶级期刊Advanced Functional Materials（《先进功能材料》）发表。
        有机-无机杂化钙钛矿材料因其优异的光电性质，在光伏领域中有着至关重要的应用前景。然而，钙钛矿由于其不可控的快速结晶过程，常常导致钙钛矿薄膜表面形貌粗糙、孔隙富集，同时结晶取向随机不可控，因此严重限制了PSCs的光电转化效率与器件稳定性。

图1 (a) 敷面膜工艺示意图，(b) 钙钛矿薄膜的制备过程，(c) 钙钛矿薄膜经过敷面膜工艺处理前后的薄膜截面形态，(d) 钙钛矿光伏器件性能

         受到多功能护肤面膜滋润人体面部皮肤、深层清洁与改善外观的启发，陈润锋教授与李明光副教授团队围绕钙钛矿薄膜的结晶问题，创新性地开发了一种控制晶体生长的敷面膜工艺（Facial Mask Incubation Technique，图1a），实现了钙钛矿薄膜结晶过程的可控调节。这种钙钛矿面膜由交联性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜和有机卤化物钝化剂组成，且在使用后可回收再利用。在热退火过程中，通过将钙钛矿前驱体薄膜贴附于上述多功能面膜的上表面，构筑起有利于钙钛矿晶体生长的稳定微环境，从而实现钙钛矿结晶过程的原位调控（图1b）。该工艺类似于滋润人体皮肤的面膜，能够长时间作用于钙钛矿薄膜表面，最终制备的钙钛矿薄膜具有光滑的表面形貌、较低的缺陷态密度以及改善的晶面垂直取向（图1c）。与此同时，这一成膜策略能够促使钙钛矿/电子传输层的界面形成更有利于电子提取的n型表面特征。最终，所开发的敷面膜技术成功应用于甲基胺基碘化铅和混合阳离子钙钛矿光伏器件，分别取得了21.4%和20.2%的光电转换效率（图1d），器件的稳定性也得到显著改善。
        本论文第一作者为硕士研究生唐森林，共同通讯作者为南京邮电大学陈润锋教授、李明光副教授和中国科学院高能物理研究所杨华博士。陈润锋教授长期致力于新概念有机半导体材料的开发、机理的研究以及新应用探索，本研究成果是继该研究团队在钙钛矿领域发表Energy & Environmental Science、Advanced Materials、Nano Energy、Small、Advanced Science、Journal of Materials Chemistry A等代表性成果之后的又一重要研究进展。感谢四川大学李鸿翔博士的帮助，感谢北京同步辐射光源的技术支持，感谢国家自然科学基金、江苏省“333工程”、中国博士后科学基金、南京邮电大学“1311人才计划”等项目的支持。
        文章来源：南京邮电大学
        陈润锋，男，汉族，1977年1月生，江苏溧阳人。南京邮电大学材料科学与工程学院/信息材料与纳米技术研究院教授，江苏省杰出青年科学基金获得者，江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人。