近年来，有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）得益于其高吸收系数、长载流子扩散长度和简单制备工艺等众多优点，在光伏领域展现出强大竞争力。而由锡（Sn²⁺）部分取代铅（Pb²⁺）形成的窄带隙锡铅（Sn-Pb）混合PSCs因其具有低毒铅含量、优异光伏性能和可作为全钙钛矿串联电池的关键亚结构等优点，表现出巨大发展潜力并受到人们的广泛关注。然而，该体系实现高效率仍面临着Sn²⁺离子易氧化不稳定以及电荷传输界面不完全匹配等挑战。此外，A位离子通常使用的易挥发性甲胺离子会对器件稳定性带来不利影响。

研究者首先选取了物理化学性质更加稳定的无机氧化镍（NiOx）纳米颗粒作为空穴传输层（HTL），并采用引入多功能4-羟基苯乙基卤化铵（OH-PEAX，X=Cl^-，Br^-，I^-）界面修饰策略，获得了光电转化效率（PCE）达20.53%的窄带隙甲脒（FA）基锡铅钙钛矿太阳能电池（FASn_0.5Pb_0.5I₃ PSCs）（图1）。

图1. FASn_0.5Pb_0.5I₃ PSCs的光电性能

研究者通过X射线光电子能谱（XPS）以及傅里叶变换红外光谱（FTIR）等表征发现，OH-PEAX与NiOx基底之间存在化学相互作用，可以有效地降低NiOx表面Ni³⁺含量、减少NiOx薄膜缺陷，促进了界面电荷萃取效率，有效减少了NiOx/钙钛矿界面间的空穴提取能量损失（图2）。

图2. NiOx与OH-PEABr分子相互作用机制

在对钙钛矿薄膜的研究中发现，OH-PEAX界面修饰提高了钙钛矿薄膜的质量，并有效改善了钙钛矿薄膜与NiOx基底间的物理接触。此外，钙钛矿薄膜内部的残余应变也得以释放。在进一步的光电测试结果中，也证明了OH-PEAX修饰后的钙钛矿薄膜具有更长的载流子寿命和更小的陷阱态密度（图3）。高质量的钙钛矿薄膜以及良好的传输层界面接触对实现高性能的电池器件是极为重要的。

图3. OH-PEABr分子对钙钛矿薄膜的影响

再进一步研究卤素离子作用中发现，溴离子（Br^-）还具有额外促进钙钛矿薄膜结晶性的作用。因此，OH-PEABr界面修饰的器件表现出最佳光电性能，实现了20.53%的PCE，是目前FA基Sn-Pb PSCs在NiOx HTL体系下的最高效率（图4）。此外，未封装的器件在暗态惰性气氛、空气气氛以及模拟太阳光照和紫外光照辐射下均表现出优异的稳定性。

图4. FASn_0.5Pb_0.5I₃ PSCs的效率统计以及在多种测试条件下的稳定性 

撰稿：周远

核稿：公宁