於黄忠教授， Nano energy观点：THF/MBM共修饰策略调控钙钛矿的表面缺陷和能级
【文章信息】
THF/MBM共修饰策略调控钙钛矿的表面缺陷和能级
第一作者：孙亚鹏
通讯作者：於黄忠*，石胜伟*
单位：华南理工大学，武汉工程大学，东莞理工学院
【研究背景】
钙钛矿太阳能电池具有效率高，溶液制备，弱光性能好等优势，因此被认为是极具发展潜力的新兴太阳能电池。然而，钙钛矿表面的深能级缺陷会作为非辐射复合中心，导致器件效率损失。而表面终端和缺陷的多样性，使得简单的表面改性取得的效果有限。因此本文中提出了四氢呋喃（THF）和4-甲基苄基硫醇（MBM）共修饰的策略。首先，使用THF去除钙钛矿表面的有机组分，暴露出更多的Pb终端及Pb相关缺陷。然后，使用MBM与这些终端形成强的R-S-Pb键合，从而实现了更彻底的表面修饰。二者发挥协同效应实现了更高的光电转换效率和器件寿命。这种重建钙钛矿表面的缺陷和能级的策略，为制备高性能钙钛矿器件提供了一种通用思路。
【文章简介】
近日，来自 华南理工大学的於黄忠教授与武汉工程大学的石胜伟教授 合作，在国际知名期刊 Nano Energy 上发表题为 「Regulate Defects and Energy Levels for Perovskite Solar Cells by Co-modification Strategy」 研究工作。该工作提出了四氢呋喃（THF）和4-甲基苄基硫醇（MBM）共修饰的策略。首先，使用THF去除钙钛矿表面的有机组分，暴露出更多的Pb终端及Pb相关缺陷。然后，使用MBM与这些终端形成强的R-S-Pb键合，从而实现了更彻底的表面修饰。二者发挥协同效应实现了更高的光电转换效率和器件寿命。
【本文要点】
要点一：THF/MBM共修饰策略实现Pb操控
首先使用THF处理钙钛矿表面。XPS拟合发现，处理后的表面Pb/I含量比升高。这说明THF去除了部分有机组分，使得钙钛矿表面暴露出更多Pb终端及Pb相关缺陷。然后，我们使用MBM修饰这些暴露的Pb缺陷，并形成强的R-S-Pb键合，这减少了欠配位Pb缺陷。THF/MBM共处理的过程实现了Pb相关缺陷的增加和减少。在实现钙钛矿表面Pb操控的同时，通过将钙钛矿表面缺陷统一化及后修饰的策略，实现了更佳的修饰效果。
要点二：通过Pb相关给体缺陷的修饰调节钙钛矿的能级
虽然钙钛矿中浅能级缺陷导致的是辐射复合，不会对器件性能产生较大的影响。但是，浅能级缺陷的含量依然会影响钙钛矿中载流子的浓度。THF/MBM共修饰实现了Pb相关缺陷的操控，同时这个过程还会导致钙钛矿表面Pb相关能级的改变。THF处理后Pb相关缺陷增加，钙钛矿表面费米能级上移；MBM修饰后Pb相关缺陷减少，钙钛矿表面费米能级下移。在钙钛矿上表面，下移的费米能级有利于在钙钛矿内部构建体异质结。合适的体异质结有助于获取更好的载流子输运效果。其中，THF/MBM修饰获得了最佳得表面能级，以及更好得载流子输运效果。
要点三：不同的修饰策略对器件性能的影响
通过J-V测试发现，相比于简单的MBM修饰，这种共修饰的策略能取得更好的修饰效果以及更高的光电转换效率。在这篇工作中，基于THF/MBM共修饰的器件实现了最佳的光电转换效率，其中冠军效率为24.17%。
要点四：全覆盖-强键合的修饰策略对器件稳定性的影响
合适的表面修饰能阻挡水氧对钙钛矿层的侵蚀。但多数修饰分子的保护能力较差，因为钙钛矿不统一的表面导致较差的分子堆叠。相比与简单的表面修饰，这里提供的共修饰策略能更好的实现修饰分子的全覆盖，以及更好的钙钛矿保护。另一方面，MBM修饰形成的是较强的Pb-S键，相比于常用的路易斯加合修饰，其与钙钛矿的相互作用更强，有希望实现更好的钙钛矿保护。此外，考虑到钙钛矿本身的降解规律是：从深能级缺陷处加速降解。THF/MBM共修饰更大程度上减少了降解的初始位点，减缓了钙钛矿的分解进程。基于此，THF/MBM共修饰这种全覆盖-强键合的修饰策略取得了更好的钙钛矿保护效果及器件稳定性。
【文章链接】
Regulate Defects and Energy Levels for Perovskite Solar Cells by Co-modification Strategy
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285523010820
【通讯作者简介】
於黄忠 教授简介：现任华南理工大学教授，博士生导师。他于2002年在华南师范大学获得微电子理学硕士学位，并于2008年在华南理工大学获得材料物理与化学博士学位。他已发表了120多篇研究论文，申请及授权了35项发明专利，目前的研究方向是光电材料和光伏器件领域。
石盛伟 教授简介：现任武汉工程大学材料科学与工程学院的教授。2006年获中国科学院博士学位。后来，他在华南理工大学做博士后。之后，他前往欧洲继续他的研究，并于2015年成为林雪平大学的助理教授。他于2016年加入WIT，他的研究方向包括有机半导体的混合界面和器件应用。
【第一作者介绍】
孙亚鹏 ： 华南理工大学博士研究生，主要研究方向为钙钛矿太阳能电池的结晶优化及界面调控。
