有机无机卤素杂化钙钛矿材料近十几年在太阳能电池领域发展非常迅速，目前高光电转换效率的器件都是基于钙钛矿多晶薄膜。单晶是钙钛矿材料一种重要的存在形式，钙钛矿单晶相比多晶材料无晶界的存在，具有更长的载流子扩散距离，更弱的离子移动效应，更高的稳定性。董庆锋课题组设计制备了一种基于甲胺铅碘单晶的横向结构钙钛矿单晶太阳能电池器件，通过简单的制备方法，实现了大面积横向钙钛矿单晶太阳能电池制备。令人惊喜的是，该器件在持续1个太阳光照强度下最大功率点持续输出200小时几乎无任何衰减，实现了极佳的器件长期工作稳定性，提供了突破钙钛矿电池稳定性瓶颈的新途径。其效率与稳定性都是目前报道的横向钙钛矿电池中最优异的。

             图:横向钙钛矿单晶太阳能电池制备过程

对于横向背接触结构钙钛矿太阳能电池，这属于是一种表面电池，活性层的表面性质对于器件的性能影响很大。钙钛矿单晶在生长中，不论使用何种方法生长，当单晶与母液分离时都会造成单晶表面的破坏，产生大量缺陷，作者通过X射线光电子能谱（XPS）测试手段证明单晶表面会产生多余的金属铅，这是一种严重影响器件性能的缺陷；这主要是由于有机盐在母液中的溶解性大于碘化铅的溶解度，当取出晶体时表面残留的母液时会溶解掉部分有机盐，产生金属铅缺陷以及胺空位。作者使用痕量的碘甲胺（MAI）溶液简单处理有缺陷的单晶表面，MAI可以占据胺空位与金属铅相互作用，消除了金属铅缺陷产生的负面影响，同时作者通过开尔文探针力显微镜（KPFM）测试发现MAI处理的晶体表面电势平均提高了约80 meV，改善了横向结构中正极与晶体的电势差，同时也增加了器件横向的导电率并大幅提升了器件的填充因子且器件在高光强下几乎无电流损失。最终在AM1.5G 1个太阳光照强度下达到了11.52%的光电转换效率，而在0.5个太阳光照强度下达到了最高的12.76%。

综上所述，作者报道了一种高效稳定的横向结构单晶钙钛矿电池，将横向钙钛矿太阳能电池的效率纪录由5.9%提升至12.76%，实现了200小时无损全功率输出。横向背接触太阳能电池结构是硅太阳能电池中很重要并已广泛应用的一种结构，单面背电极结构制备简单且无需使用昂贵的透明电极，相比采用透明导电玻璃的传统叠层结构电池光利用率更高，同时避免了多层结构各层热膨胀差异等因素引起的器件稳定性问题，有望获得性能更加优异的光伏器件。本工作在基于钙钛矿横向结构电池方面的突破，为同时提升钙钛矿电池性能及稳定性提供了新的方案。

文章详情：Yilong Song, Weihui Bi, Anran Wang, Xiaoting Liu, Yifei Kang, Qingfeng Dong* Nat. Commun.2020, 11, 274.

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-019-13998-2