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来源：能源学人收集编辑：Energist
全无机钙钛矿正在成为单结或串联太阳能电池的首选光伏候选材料。然而，非辐射复合引起的大能量损失是性能提升的关键限制。在此，作者开发了一种表面原位重构（SISR）策略，通过CsF对无机钙钛矿的处理，可以实现抑制非辐射复合和促进空穴提取。实验发现，表面缺陷可以通过引入氟得到有效的去除，载流子寿命从11.5纳秒延长到737.2纳秒。这种方法还可以生成宽带隙钙钛矿薄膜，形成分级异质结以促进空穴提取。SISR 反应机理也通过动力学计算和实验进行验证。研究结果发现具有 SISR 的 CsPbIxBr3-x 太阳能电池实现了 21.02% 的效率，具有高达1.27V的高开路电压和85.3%的填充因子。钙钛矿太阳能电池（PSCs）已经取得了令人瞩目的进展，并展现了巨大的应用潜力。有机-无机杂化PSCs的功率转换效率（PCE）已经超过25％，接近硅太阳能电池。然而，挥发性有机阳离子对于杂化PSCs的热稳定性带来不利因素。近年来，全无机钙钛矿CsPbX3由于其出色的热稳定性和适合串联太阳能电池的带隙而成为优秀的光伏候选材料。虽然目前对其进行了大量的研究工作，但是全无机PSCs的PCE仍然落后于有机-无机杂化太阳能电池。无机PSC的相对差的硬件性能可能是由于钙钛矿薄膜中严重的非辐射复合引起的。研究发现，卤化物空位（Vx）具有低缺陷形成能，是无机钙钛矿表面或晶界上的主要缺陷，并且通常伴随着高密度的未配位的Pb2+。这些陷阱态将充当复合中心，并更愿意捕获光生载流子，导致无机PSC的载流子寿命短和开路电压（VOC）损失大。为了解决这个问题，已经探索了各种方法，例如结晶优化、体内钝化、表面处理和界面修饰。这些最先进的工作在缺陷钝化方面发挥了积极作用，将PCE推高至20%以上，但载流子寿命都不到100 ns，表明非辐射复合仍然是严重的问题。此外，宽禁带隙无机钙钛矿与传输层之间的巨大能量差也会引起界面电荷复合，这不利于光载流子的收集。因此，探索降低缺陷复合和改善载流子提取的方法是解决瓶颈的关键。在此，中国科学院半导体研究所邓惠雄以及游经碧团队报道通过使用氟化铯(CsF)处理无机钙钛矿，开发了一种表面原位重构（SISR）策略，可以同时抑制非辐射复合并促进空穴提取。通过SISR方法，引入的F离子可以有效地钝化表面缺陷，使用SISR方法，载流子寿命从11.5ns延长了60倍以上，达到了737.2ns。此外，可以通过固态反应通过SISR形成更宽的带隙无机钙钛矿层作为分级异质结，这可以促进空穴提取。结果显示，基于SISR的CsPbIxBr3−x太阳能电池显示出21.02％的效率，同时具有1.27 V的高开路电压（VOC）和85.3％的填充因子（FF）。图2. SISR过程前后无机钙钛矿薄膜的化学状态、微观结构和形貌 Xinbo Chu, Qiufeng Ye, Zhenhan Wanget al. Surface in situ reconstruction of inorganic perovskite films enabling long carrier lifetimes and solar cells with 21% efficiency. Nature Energy (2023).https://doi.org/10.1038/s41560-023-01220-z