【速读】陕西师范大学刘生忠团队AEnM：自发构建2D/3D异质结构改善无机钙钛矿太阳电池空穴提取

CsPbI_3−xBr_x 无机钙钛矿已成为备受关注的新兴光伏材料，除了具备优异的光电性能外，热稳定性和化学稳定性也相当出色。然而，在钙钛矿/空穴传输层界面的严重的非辐射复合导致的能量损失已成为进一步提高器件性能的主要障碍。

近日，陕西师范大学田庆文副教授、刘生忠教授等通过引入2-(4-甲氧基苯基)乙胺氢溴酸盐(MOPEABr)，室温条件下，在CsPbI_3−xBr_x表面自发构建2D/3D多维异质结构。无机钙钛矿表面自发形成的Ruddlesden-Popper型 2D钙钛矿[（MOPEA)₂Pb(Br_xI_4-x)，n = 1]，利用超快瞬态吸收(TAS)调查了2D钙钛矿在电池器件中所发挥的作用，研究发现在介导载流子传输、维持纳秒级长寿命电荷分离状态和提高载流子注入效率方面发挥着积极作用。在形成的2D/3D多维异质结构中，电荷转移少于0.23 ps，并且2D结构对3D结构具有强电荷提取能力，并在纳秒时间尺度上保持长寿命的电荷分离状态，这大大减少了载流子在界面和本体的复合。同时，得益于2D结构对3D结构的空穴提取能力的提高，空穴传输层（Spiro-OMeTAD）对2D/3D的空穴提取能力同样获得了显著的提高。另一方面，由于MOPEABr结构中的甲氧基团具有较强给电子能力，增加了苯环上电子云密度，从而与未完全配位的Pb²⁺之间形成更强的静电作用，进而起到较强的钝化效果。经过MOPEABr处理后的无机钙钛矿太阳电池光电转换效率高达20.31%，并获得了的超高的开路电压(V_oc)1.23V以及超低的能量损失(E_loss)0.49V。此外，钙钛矿薄膜和电池器件的稳定性也得到明显改善。

基于此，研究者相信，这种自发构建策略将有助于合理设计2D/3D架构，并对未来高性能类似钙钛矿光电子具有重要的适用性。

论文信息：

Spontaneous Construction of Multidimensional Heterostructure Enables Enhanced Hole Extraction for Inorganic Perovskite Solar Cells to Exceed 20% Efficiency

Shiang Zhang, Lu Zhang, Qingwen Tian*, Xiaojing Gu, Yachao Du, Kui Zhao, and Shengzhong (Frank) Liu*

Advanced Energy Materials

DOI: 10.1002/aenm.202103007

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