慕成：用FAI处理MAPbI3薄膜对高性能钙钛矿太阳能电池的缺陷减少

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有机铅三卤钙钛矿由于具有良好的光带边缘、长载流子扩散长度、弱激子结合能和高吸收系数等优异的光电性能，成为一种具有广阔发展前景的光电压材料。在过去几年中，钙钛矿太阳能电池（PSC）的功率转换效率（PCE）从3.8%到超过23%，为后续应用带来巨大潜力。通过多种加工方法制造高质量的钙钛矿薄膜（PSC），使得PSC的快速发展成为可能。而表面覆盖均匀、结晶质量高的钙钛矿薄膜是保证充分采光和减少复合光损失的关键。为了从溶剂中获得高质量的钙钛矿层，人们开发了大量的制备方法，如前驱溶剂法、抗溶剂洗涤、设计成分改变等。迄今为止，通过调整的一步旋涂法可以方便地生产具有再现性和良好效率的PSC。然而，其测量得到PSC多晶线薄膜的光致发光复合寿命远远短于单一钙钛矿晶体，这表明与单晶相比其晶体缺陷密度仍然很大。因此，降低这些缺陷是制备高质量钙钛矿薄膜必须面临的问题。

近日，中国人民大学慕成&北京大学徐东升通过使用甲脒碘化物（FAI）的CH3NH3PbI3(MAPbI3)一步沉积法对钙钛矿的表面进行处理，提出了一种后处理策略来优化钙钛矿结晶。通过时间分辨光谱、开路光电压衰减和时间分辨电荷提取研究的载流子动力学表明，FAI后处理可以提高钙钛矿的晶体质量，进一步降低钙钛矿薄膜中的晶体缺陷。与对照组太阳能电池相比，通过FAI处理的光伏器件显示出的性能得到了极大改善。由于填充因子的显著改善，使得太阳能电池获得了具有20.25％的极佳功率转换效率。同时这项研究为多相结构的设计、生长和应用开辟了新的可能性，并提供了一种新的方法来设计复杂的纳米复合系统。该成果近日以题为“Reduced Defects of MAPbI3 Thin Films Treated by FAI for High-Performance Planar Perovskite Solar Cells”发表在知名期刊Adv. Funct. Mater.上。

综上所述，作者通过优化浓度的FAI溶液后处理工艺，将MAPbI3薄膜转化为高质量的PSC薄膜(无针孔、大晶粒)。由于FAI的选择性，除对其形态学具有明显的修饰外，还对其进行了处理大颗粒的MAPbI3薄膜在电荷分离、电荷收集和表面钝化性能方面均有所改善。经过FAI处理的MAPbI3与原始的MAPbI3 PSC太阳能电池相比，显示出超过20%的效率。因此，这种简单的FAI处理工艺能制备具有较好重现性及高性能PSC，是一种非常有前景的方法。

文献链接： Reduced Defects of MAPbI3 Thin Films Treated by FAI for High-Performance Planar Perovskite Solar Cells (Adv. Funct. Mater. 2018, 1805810)