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近日，化學(xué)院岳芳副教授、周忠敏教授團(tuán)隊(duì)在國際期刊《Advanced Materials》發(fā)表了題為“Enhanced Electric Field Minimizing Quasi-Fermi Level Splitting Deficit for High-Performance Tin-Lead Perovskite Solar Cells”的研究論文（DOI: 10.1002/adma.202410298）。

鈣鈦礦/電子傳輸層（ETL）界面處的非輻射復(fù)合引起的準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂（QFLS）損失會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的開路電壓損失（V_OC），從而降低鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的效率（PCE），然而，這類研究在反式錫鉛混合鈣鈦礦太陽能電池中受到的關(guān)注有限。為了解決這一問題，本研究提出了通過引入鐵電聚合物偶極子(FPD)-β-poly(1,1-difluoroethylene)-構(gòu)建額外電場(chǎng)的策略來抑制QFLS損失。FPD的定向極化可以增強(qiáng)內(nèi)建電場(chǎng)(BEF)，促進(jìn)鈣鈦礦/ETL界面處的電荷轉(zhuǎn)移，進(jìn)而有效抑制非輻射復(fù)合。此外，FPD的加入有利于鈣鈦礦的高質(zhì)量結(jié)晶并減少表面能量無序。因此，加入FPD后，鈣鈦礦/ETL半堆疊器件中的QFLS損失從62 meV降低到 27 meV，優(yōu)化后的器件在0.88 V的高開路電壓下實(shí)現(xiàn)了23.44%的效率。同時(shí)，FPD的加入增加了離子遷移的活化能，這可以降低離子遷移對(duì)器件長期穩(wěn)定性的影響。

綜上所述，該項(xiàng)工作開發(fā)了一種策略，通過引入FPD構(gòu)建電場(chǎng)，從而通過場(chǎng)效應(yīng)鈍化抑制界面處的非輻射復(fù)合，從而減少了多界面引起的QFLS損失，并最大限度地提高了PSCs的V_OC。FPD的摻入在鈣鈦礦/ETL界面附近構(gòu)建了一個(gè)增強(qiáng)的電場(chǎng)，促進(jìn)了載流子的分離和傳輸，并掃除了界面電荷積累，從而有效地抑制了非輻射復(fù)合。此外，通過引入FPD來調(diào)節(jié)鈣鈦礦結(jié)晶，鈣鈦礦表面的能量無序減少了。結(jié)果，獲得了PCE為23.44%且V_OC為0.88 V 的高性能鈣鈦礦器件。此外，優(yōu)化后的器件具有出色的極化穩(wěn)定性和高離子遷移活化能，因此表現(xiàn)出優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。優(yōu)化后的裝置在氮?dú)猸h(huán)境下3000小時(shí)后仍保持90%的原始效率，在連續(xù)光照的MPP運(yùn)行 1100小時(shí)后仍保持88%的初始值。這項(xiàng)工作中調(diào)節(jié)電場(chǎng)的策略有助于探索高效穩(wěn)定的PSC。

該研究得到國家自然科學(xué)基金和泰山學(xué)者計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。2022級(jí)碩士生程家輝為第一作者，岳芳副教授、周忠敏教授為論文的通訊作者，青島科技大學(xué)為第一完成單位。

論文題目：Enhanced Electric Field Minimizing Quasi-Fermi Level Splitting Deficit for High-Performance Tin-Lead Perovskite Solar Cells

論文作者：Jiahui Cheng, Huijie Cao, Shuming Zhang, Jie Shao, Wenjian Yan, Cheng Peng, Fang Yue,* and Zhongmin Zhou*

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202410298