西电张春福&朱卫东&柴文明等：多功能分子实现高效稳定全无机钙钛矿电池及叠层器件

第一作者：柴文明，罗鑫

通讯作者：朱卫东，张春福

单位：西安电子科技大学

全无机CsPbI₃钙钛矿材料因其优异的热稳定性和适合叠层应用的理想带隙，被视为下一代光伏技术的理想候选者。然而，其表面存在的未配位Pb²⁺和卤素空位等缺陷，会导致严重的非辐射复合损失和相分解，尤其是在高湿度环境中，这严重制约了其效率的进一步提升与实际应用。

近日，西安电子大学张春福教授、朱卫东教授团队在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》上发表题为“Multi-functionalized molecule enabled high-performance inverted all-inorganic perovskite solar cells and perovskite/silicon tandem devices”的研究论文。该研究创新性地采用多功能小分子对CsPbI₃钙钛矿表面进行修饰，通过其多重官能团协同作用，同步实现了缺陷钝化、能级调控与稳定性增强，最终制备出效率高达20.07%的反型全无机钙钛矿电池，并在此基础上构建了效率达29.04%的钙钛矿/硅机械叠层器件，展现了卓越的环境稳定性。

研究通过XPS、FTIR等表征并结合DFT理论计算，证实茶碱分子中的C=O基团与表面未配位的Pb²⁺形成强配位键，有效钝化铅相关缺陷；同时，其N-H基团与I-离子形成氢键，稳定了碘位点，多位点相互作用在不进入晶格形成二维结构的前提下，实现了高效表面钝化。

茶碱处理后，钙钛矿薄膜的结晶性显著增强，晶粒尺寸增大，表面更加平整致密。稳态荧光强度增强，载流子寿命延长，表明非辐射复合被有效抑制。缺陷态密度从2.21×10¹⁵ cm^-3显著降低至1.15×10¹⁵ cm^-3。

KPFM/UPS表明茶碱修饰诱导了表面偶极，提高了功函数，优化了能带对齐，EIS/TPV-TPC显示修饰后器件具有更低的串联电阻、更高的复合电阻和更快的电荷提取速度。

单结电池的最优器件效率达到20.07%（VOC=1.183 V, JSC= 20.62 mA/cm², FF=82.4%），迟滞效应可忽略，钙钛矿/硅机械叠层器件实现了29.04%的高效率。未封装器件在15%RH空气中存放1000小时后，仍能保持93%以上的初始效率。

Multi-functionalized molecule enabled high-performance inverted all-inorganic perovskite solar cells and perovskite/silicon tandem devices

张春福：西安电子科技大学教授/博士生导师，主要研究领域包括柔性电子器件及其系统集成； 宽禁带半导体材料和器件；有机半导体电子器件；新型薄膜太阳能电池。近年来主持及参与自然科学基金、国家科技重大专项、国家重点研发计划等项目20余项；以第一作者和/或通讯作者在Adv. Mater., Adv. Energy Mater. ACS Energy Lett., EES、Nano Energy等国际主流期刊及学术会议上发表论文200余篇，授权国家发明专利60余项。

朱卫东: 西安电子科技大学教授/博士生导师，博士后创新人才计划入选者，近期主要从事钙钛矿太阳电池、新型光电探测器相关材料与器件物理研究。以第一作者和/或通讯作者在Adv. Mater.， Adv. Energy Mater.、ACS Energy Lett.、Nano Energy、J. Mater. Chem. A等国际著名期刊发表论文30余篇。

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