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文 章 信 息
钙钛矿太阳能电池中铵盐对不同缺陷类型的有效选择和靶向钝化
第一作者：祁一芳
通讯作者：戴其林*
单位：杰克逊州立大学，美国
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研 究 背 景
尽管铵盐已成为提升钙钛矿太阳能电池 (PSC) 性能的一种有前景的策略，但如何以最佳方式选择铵盐中的烷基链和卤素离子来钝化钙钛矿薄膜中的特定缺陷类型仍不清楚。本文引入了四种具有不同烷基链类型和卤素离子的铵盐来钝化钙钛矿薄膜。与直链烷基链盐相比，支链烷基链铵盐表现出更优异的钝化效果，且烷基链结构对器件性能的影响大于卤素离子组分。此外，本文通过密度泛函理论 (DFT) 计算，研究了铵盐中不同烷基链类型和卤素离子对钙钛矿薄膜中哪些缺陷类型最有效钝化。与直链烷基链盐相比，支链烷基链铵盐对钙钛矿薄膜中的 VPb 和 VFA 缺陷表现出更优异的钝化效果，同时对 VI 缺陷表现出相似的钝化效果。经tert-OAI钝化的PSC实现了高达25.49%的惊人效率，开路电压（Voc）为1.19 V，短路电流（Jsc）为25.40 mA cm−2，FF为84.34%。本研究重点介绍了一种针对性铵盐钝化策略，该策略旨在解决钙钛矿薄膜中不同类型的缺陷，并考虑了钙钛矿成分和制备环境的变化。
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文 章 简 介
近日，来自杰克逊州立大学的戴其林教授课题组，在国际知名期刊Advanced Energy Materials上发表题为“Effective Selection and Targeted Passivation for Different Defect Types by Ammonium Salts in Perovskite Solar Cells”的观点文章。该观点文章分析了在铵盐结构里烷基链结构以及卤素离子对器件性能的影响，以及针对钙钛矿薄膜不同缺陷类型的钝化研究。
Figure 1. a) The structure of passivation ammonium salts (n-OAI, tert-OAI, tert-OABr, and tert-OACl); b) The vacancy defect types (from top to bottom: VFA, VPb, and VI) of perovskite films; c) The structure of PSCs with passivation; d) The J-V curves of devices with and without tert-OAI passivation.
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本 文 要 点
要点一：不同类型铵盐对钙钛矿薄膜结晶性的影响
不同类型的铵盐修饰钙钛矿薄膜可以使晶粒二次生长，最终形成较大晶粒以及缺陷较少的钙钛矿薄膜。同时使钙钛矿薄膜表面粗糙度降低，更有利于电荷传输过程，并且降低器件界面之间的非辐射复合。
Figure 2. a–e) The top-view SEM images of perovskite without passivation (a), with tert-OABr (b), tert-OACl (c), tert-OAI (d), and n-OAI (e); f–j) The AFM images of perovskite without passivation (f), with tert-OABr (g), tert-OACl (h), tert-OAI (i), and n-OAI (j).
Figure 3 a. The XRD patterns of perovskite films with and without passivation; b-f. The GIWAXS maps of perovskite films without passivation (b) with tert-OAI (c), n-OAI (d), tert-OABr (e) and tert-OACl (f); The XRD patterns of PbI2 films with n-OAI and tert-OAI passivation; h-i. The FTIR spectra of perovskite films with and without tert-OAI and n-OAI passivation.
要点二：铵盐修饰钙钛矿薄膜表面影响其能级
钙钛矿薄膜表面经过铵盐修饰后，使得钙钛矿层能级更接近于空穴传输层，可以帮助空穴和电子更有效的分离与传输，降低界面之间带来的损失。
Figure 4. a,b) The XPS-Pb spectra of perovskite films with tert-OAI, n-OAI (a), and with tert-OABr and tert-OACl (b); c,d) The XPS-I spectra of perovskite films with tert-OAI, n-OAI (c), and with tert-OABr and tert-OACl (d); e) The XPS-Cl spectra of perovskite films with and without passivation; f) The XPS-Cl spectra of perovskite films with and without passivation; g,h) The high and low cutoff regions of UPS spectra of perovskite films with and without passivation layers.
Figure 5 a-d. The individual measurements of energy levels of perovskite films with n-OAI(a), tert-OAI(b), tert-OABr(c) and tert-OACl(d) passivation; e-f. The corresponding band-bending energy level diagram; g-h. The combined energetics of perovskite films.
要点三：钙钛矿薄膜不同缺陷钝化效果
钙钛矿体相和钙钛矿薄膜表面的陷阱和缺陷不利于载流子的提取和传输，而钙钛矿表面的缺陷容易产生更深的缺陷态。因此，本文考虑并讨论了钙钛矿薄膜中的三种典型空位缺陷，包括有机阳离子、铅和碘化物空位（VFA、VPb和VI）。研究了钙钛矿的缺陷态密度（PDOS），这可能有助于深入了解不同卤素原子、直链烷基链和支链烷基链铵盐对钙钛矿表面VFA、VPb和VI的钝化影响。
Figure 6. a) The PDOS of halogen ions on the surface of perovskite films with VI; b) The PDOS of halogen ions completely fill the VI in the perovskite films; c) The PDOS of halogen ions partially fill the VI in the perovskite films; e–g) The PDOS of perovskite films with VFA(e), VPb(f ), and VI(g) after linear-alkyl chain and branched-alkyl chain passivation.
要点四：钙钛矿太阳能电池的性能提升
本文制备了正型钙钛矿太阳能电池结构，图中分别显示了有无钝化PSC的光伏参数分布（PCE、Jsc、Voc和FF）。无修饰器件的平均PCE约为22.23%，短路电流密度（Jsc）约为24.77 mA cm−2，开路电压（Voc）约为1.14 V，填充因子（FF）约为79.06%。tert-OAI改性器件的性能显示，平均PCE约为24.11%，Jsc约为24.92 mA cm−2，开路电压（Voc）约为1.18 V，填充因子（FF）约为81.83%。tert-OAI钝化后，器件效率从22.23%提升至24.11%，开路电压提升超过40 mV。tert-OABr、tert-OACl和n-OAI改性的PSCs的平均J-V性能也显著提高，平均PCE分别提高至22.66%、23.24%和23.25%。
Figure 7. a–d The distributions of device performance with and without passivation: Jsc(a), Voc (b), FF(c), and PCE (d); e) The J-V curves of the champion device with and without passivation; f) The IPCE curves of devices with and without passivation.
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文 章 链 接
Effective Selection and Targeted Passivation for Different Defect Types by Ammonium Salts in Perovskite Solar Cells
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/aenm.202500678
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通 讯 作 者 简 介
戴其林教授简介：戴其林，美国杰克逊州立大学物理与化学系终身副教授，博士生导师。2004年-2009年在中科院长春光机所获得凝聚态物理博士（导师：宋宏伟教授）。2009年-2016年，先后在佛吉尼亚联邦大学，佛罗里达州立大学，怀俄明大学，天普大学从事能源，材料，光伏等前沿科学研究。2016年-至今，在美国杰克逊州立大学先后获得美国国家自然基金10多项，美国能源部项目3项，美国航天局项目2项，以及其他项目多项，累积的项目总额超过1000万美元。近年来以第一作者或通讯作者在国外刊物上发表SCI收录学术论文超过80篇，其中中科院一区文章超过50篇，包括 J. Am. Chem. Soc., Nano Lett., Angew. Chem. Int., Adv. Energy Mater，Adv. Mater等，获得授权发明美国专利1项，撰写英文专著2章，累计SCI他引近6000次，H因子为49。曾接受过学术杂志WILEY的人物专访，现担任Scientific Reports的编辑，以及Nature，Angew. Chem. Int., Adv. Matter 等学术杂志的评审人。
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课 题 组 介 绍
简介： 戴其林课题组研究方向包括钙钛矿太阳能电池和锂电池。钙钛矿太阳能电池的研究包括结构工程设计和钙钛矿新方法的探索。锂电池研究方向致力于探索新电极材料。 课题组近年来在知名刊物上发表SCI收录学术论文近100篇，包括 J. Am. Chem. Soc., Nano Lett., Angew. Chem. Int., Adv. Energy Mater，Adv. Mater 。获得授权发明美国专利1项。课题组主页https://qilindai.wixsite.com/mysite-1
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课 题 组 招 聘
课题组招聘能源方向博士研究生若干名。
1. 本科学过化学基础课比如四大化学等就可以申请。本科专业是化学，材料，化工，生物，生物工程，环境工程，等专业的学生都可以申请。
2. 入学时间为2026年9月或者2027年1月或者2028年9月。要提前申请。
3. 英语托福要75分或者接近75。
4. 本科GPA 要WES认证并且要接近3 （GPA的WES认证可以到百度上查找，网上有免费WES认证软件）
5 研究方向，能源器件，并且组里有人教器件的制作和表征过程。
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