能源的日益枯竭和全球环境的持续恶化使得寻找一种高效廉价的清洁能源已成为当今时代最紧迫需要解决的问题。太阳能作为真正的清洁能源，发展高效的太阳能电池对于实现全球碳中和，缓解环境和能源危机具有重要意义。钙钛矿太阳能电池是当前最新一代光伏技术，钙钛矿相比于传统光伏材料具有诸多天然优势，这使得它在未来具有广阔的应用潜力和商业价值。

钝化钙钛矿薄膜表面的缺陷是发展高效钙钛矿太阳能电池的必经之路。然而，先前的表面钝化都是在钙钛矿薄膜表面旋涂包含钝化剂的溶液,这种传统的溶液法具有先天性的且难以解决的缺点：a) 钝化剂残留。b) 钝化剂选择受限。钝化剂必须是能溶解于对下层钙钛矿薄膜没有显著破坏的溶剂里。c) 尺寸兼容性。溶液法的表面钝化需要基于高速旋涂，不适用于大面积制备。d) 表面组分破坏。溶剂会溶解下面钙钛矿的有机组分而引入新的缺陷并向下不可控渗透。

鉴于此，纳光电子前沿科学中心赵清教授课题组提出钙钛矿光伏领域全新的靶向固-固钝化策略，先将钝化剂独立制备成所需尺寸的薄膜，再通过热压方法将其覆盖在钙钛矿薄膜表面。基板上的钝化剂分子具有很强的配位能力，因此在热压作用下与下层钙钛矿薄膜表面的未配位缺陷通过配位键成键。完成钝化后，钝化剂基板被拆卸，由于配位键的强度远远大于钝化剂分子之间的范德华力，因此钝化剂分子可以保持停留在钙钛矿薄膜表面的缺陷位点上从而实现缺陷钝化。对于钙钛矿薄膜表面的无缺陷区域，由于没有化学相互作用，钝化剂分子会随钝化剂基板的拆卸而被移除，避免了残留，实现了一种无溶剂参与的靶向精确钝化(图1)。该方法克服了领域内一直沿用的传统钝化方法的诸多缺点，显著降低了载流子的非辐射复合损失，且钝化剂基板可多次重复使用。基于该固-固键合靶向缺陷钝化技术获得了实验室25.2%，第三方认证机构（24.65%）的超高光伏电池能量转换效率（图2）。该工作为高效钙钛矿太阳能电池的缺陷有效钝化提供了新思路。

图1.固-固键合靶向缺陷钝化示意图

图2.太阳能电池光伏性能

2022年12月1日，相关研究成果以“固-固键合靶向缺陷钝化制备高效钙钛矿光伏”（Solid-solid chemical bonding featuring targeted defect passivation for efficient perovskite photovoltaics）为题，在线发表于英国皇家化学学会旗舰期刊《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science,期刊影响因子：39.714）；物理学院2020级博士研究生骆超为论文第一作者；赵清教授为通讯作者。

上述研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京市自然科学基金、北京大学长三角光电科学研究院的支持。

论文原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/ee/d2ee02732a