近日，我校新材料新能源学院尤朋博士以第一作者身份，在Nature旗下著名期刊Light: Science & Applications（影响因子：13.714）发表了题为“2D Materials for Conducting Holes from Grain Boundaries in Perovskite Solar Cells”的高水平论文。该研究工作发展了一种利用高迁移率的二维材料纳米薄片修饰钙钛矿薄膜晶界的方法，首次发现二维材料纳米片与钙钛矿晶界之间的协同效应，器件效率与稳定性得到了显著提升。研究发现，位于晶界处的二维材料纳米片可以有效地将空穴从晶界处传导到空穴传输层，从而使得晶界和二维材料成为空穴传输的通道。这项工作提出了一种使用高迁移率二维材料来提高钙钛矿电池性能的简单有效且普适的方法。该研究工作的合作单位有香港理工大学、香港城市大学等。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41377-021-00515-8

近年来，基于有机-无机卤化物钙钛矿的钙钛矿太阳能电池引起了广泛关注。自2009年首次报道用于太阳能电池的钙钛矿材料以来，钙钛矿太阳能电池认证的光电转换效率现已达到25.5%，已十分接近单晶硅电池的效率。有机-无机卤化物钙钛矿与常规的光伏半导体相比具有许多优势，包括载流子寿命长，光吸收率高，易于加工以及制造成本低。因此，钙钛矿太阳能电池在未来有很好的应用前景。在之前的文献报道中，钙钛矿晶界被普遍认为是对器件的的光伏性能有害。大量论文报道钙钛矿晶界的缺陷应通过适当的材料钝化，例如卤化胺和富勒烯衍生物等，以减少载流子复合，从而改善器件性能。在这里，研究人员发展了一种新颖的方法来克服钙钛矿型晶界的缺陷问题（而非钝化缺陷）。通过溶液的方法将几种二维材料纳米薄片，包括黑磷（BP），MoS₂和氧化石墨烯（GO），对钙钛矿晶界处进行了特殊修饰。二维材料具有高的结晶性（很少的缺陷）和高的载流子迁移率。通过修饰二维材料薄片，器件的光电转换效率及稳定性得到了显著的提高。虽然之前已经有不少二维材料在钙钛矿电池中应用的文章，但是二维材料纳米片与钙钛矿晶界的协同作用之前未有报道，亦包括二维材料在钙钛矿薄膜表面的位置与迁移率的影响。因此该研究有助于深入了解二维材料对于提高太阳能电池性能的内在机理。

图1 (a,b)钙钛矿太阳能电池器件结构与能级示意图；(c)晶界处修饰了BP纳米片的钙钛矿薄膜表面形貌；(d,e)电池器件模拟结果；(f)电池性能。