全無機銫-鉛鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（CsPbX3，X = I，Br，Cl）因其優異的光電性能和熱穩定性而受到越來越多的關注，其中CsPbI3鈣鈦礦可以承受超過300℃的高溫條件，同時由于其黑色立方相結構具有適宜的光學帶隙（1.73 eV），在作為鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的頂電池方面很有應用前景。但是，CsPbI3鈣鈦礦自身的Goldschmidt容忍因子(~0.81)較低，導致黑色立方相結構在室溫、大氣環境下極易轉變為光電性能較差的黃色正交相。為提高CsPbI3鈣鈦礦的相穩定性，研究人員已經開發了眾多有效的策略，目前常用的一種方法便是進行鹵素取代。使用更小的Br-部分取代I-，增大Goldschmidt容忍因子，達到穩定立方鈣鈦礦相的作用。可是另一方面，混合鹵化物鈣鈦礦對光誘導的鹵化物偏析非常敏感，光照下易發生離子遷移，進而產生I富集與Br富集，使得電池器件性能下降；同時空穴傳輸材料Spiro-OMeTAD中的摻雜劑（TBP、Li+）對器件性能穩定也具有不利作用，因此急需尋找簡便有效的方法來解決全無機混合鹵化物鈣鈦礦的光誘導降解問題，進一步為實現市場應用做準備。
圖1. PN4N和PDCBT雙界面協同鈍化CsPbI2Br鈣鈦礦薄膜
針對提高器件的光照穩定性，華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室葉軒立教授研究團隊采用了氨基官能化聚合物（PN4N）作為陰極界面層以及非摻雜的空穴傳輸聚合物（PDCBT）替代Spiro-OMeTAD作為陽極界面層。PN4N界面層可以有效調節表面浸潤性，實現了大晶粒、高結晶度的鈣鈦礦薄膜生長；同時PN4N層使得陰極界面處形成界面偶極子，降低了SnO2的功函，PDCBT更深的HOMO能級在陽極處實現良好的能級匹配，二者共同促進了開路電壓Voc的顯著提高；另外，經實驗測試和理論模擬計算，均得到了PN4N和PDCBT可以與鈣鈦礦晶體發生強烈的相互作用的結果，實現雙界面協同鈍化表面缺陷的作用并抑制CsPbI2Br薄膜的光誘導鹵化物分離。最終成功制備了高效率（>16%）、高光照穩定性的CsPbI2Br無機混合鹵化物鈣鈦礦電池（PVSC），是所有無機PVSC報道中的最高效率之一，優化器件在連續1 Sun等效照射下持續400小時，效率只下降了10％。該工作對混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池光穩定性的研究提供了新的思路。
圖2. 在（a）SnO2和（b）SnO2/PN4N ETL上的CsPbI2Br薄膜的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像；（c）具有不同陰極界面的CsPbI2Br薄膜晶粒尺寸分布和（d）XRD圖案；在（e）SnO2和（f）SnO2/PN4N ETL上的CsPbI2Br薄膜的掠入射廣角X射線散射（GIWAXS）圖像。
圖3. （a）Cs 3d，（b）Pb 4f和（c）N 1s在CsPbI2Br、CsPbI2Br/PN4N（~8nm）和PN4N薄膜中的XPS光譜；DFT計算的CsPbI2Br表面電子構型和PN4N、PDCBT的缺陷態鈍化效應：（d）具有反位缺陷的CsPbI2Br（110）表面的電荷密度分布圖;（e）PN4N和（f）PDCBT在CsPbI2Br（110）上的表面鈍化反位缺陷。
以上成果發表在Advanced Materials上。論文的第一作者為華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室碩士研究生生田晶晶，通訊作者為葉軒立教授和薛啟帆副研究員。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901152
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