钙钛矿材料因其光电性质优异，制备简便和成本低廉等特点引起科研工作者极大兴趣。从2019年问世以来，基于钙钛矿材料的太阳能电池效率已经3.8%迅速攀升至25.5%，展现出巨大的发展潜能和应用前景。由于出色的热稳定性，全无机钙钛矿材料CsPbX₃备受关注，但是其性能很大程度上依赖于钙钛矿薄膜的成膜质量和相稳定性，这可能阻碍其大规模商业化应用。西安电子科技大学郝跃院士和常晶晶教授团队进行了全无机钙钛矿太阳能电池薄膜调控的研究，通过采用有机大分子材料（PEABr）与离子化合物（CsBr）混合钝化钙钛矿薄膜表面缺陷。通过刻蚀XPS等表征表明，有机分子主要作用于表面，碱金属卤化物作用于相对更深的区域，二者协同作用改善了成膜质量和能级匹配，提升了器件光电转换效率和稳定性。

图1. 混合钝化前后钙钛矿薄膜表面形貌及XPS元素分析

研究表明，（PEABr+CsBr）混合钝化能显著改善钙钛矿薄膜的表面形貌，获得了平整无孔洞的薄膜。结合能的增加表明在Pb-I八面体结构和钝化分子之间发生了局部电荷转移。同时相对于单一钝化，混合钝化表现出更高能量的偏移，说明钝化过程中二者可以发挥协同作用。第一性原理计算表明Br^-填补了碘空位减小了钙钛矿的结构无序和缺陷状态，同时阳离子为钙钛矿表面提供空穴导致表面能带上移，获得了更好的能带匹配。

图2 .混合钝化对钙钛矿表面态密度，缺陷形成能和表面电荷分布的影响

混合钝化后，器件的开路电压得到了显著提升，最佳器件获得了16.70%的效率并具有1.30V的高开路电压和良好的稳态输出特性。此外，能带在钙钛矿表面发生上移，使得钙钛矿的价带顶更接近于空穴传输层的最高占据分子轨道，加强了界面处的载流子输运能力。同时，非辐射性复合的减少和缺陷态密度的降低也有利于器件性能的有效提升。最后，混合钝化显著提升了钙钛矿薄膜的疏水性，表现出良好的光照、加热和长期稳定性。该方法同时实现了钙钛矿薄膜缺陷钝化和界面能带调控，对全无机钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的提升提供了新的解决办法。

图3.器件结构，混合钝化前后相关电学性能及能带匹配示意图

图4.混合钝化后钙钛矿电池器件输运特性、缺陷密度及器件稳定性

该研究成果以“Enhanced Efficiency and Stability of All-inorganic CsPbI₂Br Perovskite Solar Cells by Organic and Ionic Mixed Passivation”为题，以Research Article形式，发表于高水平综合性期刊《Advanced Science》（IF:16.8）上。该成果由西安电子科技大学郝跃院士团队贺健博士作为论文第一作者，常晶晶教授作论文通讯作者并发表。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、陕西省重点研发计划等科研项目的资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202101367.