卤化铅钙钛矿太阳能电池（PSC）在效率方面极具应用前景，并且其稳定性在不断提高。而所有这些成就都伴随着各种钝化策略，以避免钙钛矿材料中普遍存在的缺陷，这些缺陷在电荷复合、离子迁移和组件降解过程中发挥着至关重要的作用。

图.实现高效稳定PSC的钝化策略及其功能，包括化学钝化、物理钝化、能量钝化和场效应钝化

        中科院福建物质结构研究所高鹏课题组，对成熟和新兴的钝化策略进行了分类概述，发表题为“Rationalization of passivation strategies toward high-performance perovskite solar cells”的综述论文，为PSC中的钝化策略提供进一步指导。该综述详细介绍了为解决这些问题和实现高性能PSC所提出的钝化策略包括通过化学键的形成消除缺陷的化学钝化，通过应变松弛或物理处理消除缺陷的物理钝化，提高对光和氧的稳定性的能量钝化，以及调节界面载流子行为的场效应钝化。而各种钝化策略产生的结果需要先进的表征技术进行表征，如结合基于同步辐射的X射线分析、基于电容的测量、空间分辨成像、荧光分子探针、开尔文探针力显微镜等，以仔细研究机理。最后，还提出了推进这些钝化策略的挑战和未来的研究方向。
       相关工作发表在国际期刊Chemical Society Review (DOI: 10.1039/D2CS00217E) 上。本文通讯作者为中科院福建物质结构研究所高鹏研究员。硕士研究生张志皓为文章的第一作者。文章链接：https://doi.org/10.1039/D2CS00217E

钙钛矿（CaTiO3），英文名Perovskite，最早由普鲁士矿物学家Gustav Rose在1839年发现，并以俄罗斯矿物学家Lev Alekseyevich von Perovsky的姓氏命名。进入20世纪中叶，越来越多晶体结构与CaTiO3相似的新材料被发现，它们的共同特点是其晶体结构可以表示为ABX3，因此被称为钙钛矿材料。其中的铅卤钙钛矿材料展现出了独特的光电性能，吸引了大量学者研究，其发展突飞猛进，在短短十年里其发展出了包括全无机钙钛矿，有机无机杂化钙钛矿，无铅钙钛矿等多个门类，并被成功应用于了光伏器件，发光二极管等多个领域。其中，铅卤钙钛太阳能电池的光电转化效率从3.8%迅速发展到目前25.7%的认证效率，被视为最具有应用潜力的新型高效率太阳能电池之一。人们对铅卤钙钛矿材料的探索并未止步，通过研究发现，在钙钛矿材料与器件中参杂稀土元素后，其光电活性和稳定性等都能得到进一步提升。

图. 镧系元素作为 UC, DS, 和 DC 层, 太阳能电池中钙钛矿光吸收层, 电子传输层 PSCs, 和多光谱发射发光器件中的关键材料

        稀土元素指的是镧系元素：镧(La）、铈(Ce）、镨(Pr）、钕(Nd）、钷(Pm）、钐(Sm）、铕(Eu）、钆(Gd）、铽(Tb）、镝(Dy）、钬(Ho）、铒(Er）、铥(Tm）、镱(Yb）、镥(Lu），以及与镧系元素密切相关的钇(Y)和钪(Sc)共17种元素。稀土元素在地壳中的丰度并不低。但是它们原子结构相似，离子半径相近，因此在自然界密切共生难以分离，因此被称为‘稀土’。由于镧系元素从La到Lu，其4f电子层逐渐填满，因此又被叫做4f元素。由于稀土元素具有独特的物理、化学和光学性质，因此被广泛地应用在发光器件，光伏器件，光电半导体材料和光催化材料等多个不同领域，是现代工业中不可替代的资源，因此被誉为是‘工业维生素’。
         中科院福建物质结构研究所高鹏课题组，经过三年多的不懈努力，系统性地收集整理并归纳总结了近年来发表的稀土元素在钙钛矿材料与器件中应用的相关工作，并将归纳结果总结成了一篇综述论文，题为“Vitamin needed: Lanthanides in optoelectronic applications of metal halide perovskites”。该综述详细介绍了稀土元素在钙钛矿材料与器件中的参杂方式，细致分析稀土元素对不同类型钙钛矿材料与器件的性能造成的影响，阐述了稀土参杂钙钛矿研究所面临的问题，并对稀土参杂钙钛矿的发展前景提出了建设性的建议。
           相关工作发表在国际期刊Materials Science & Engineering R (DOI: 10.1016/j.mser.2022.100710) 上。本文通讯作者为中科院福建物质结构研究所高鹏研究员。硕士研究生李子成和张博隆副研究员为文章的共同第一作者。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.mser.2022.100710

高老师：
   您好！
   由重庆大学、中国光电产业平台、中国新材料发展平台联合主办的 “2022光电转换与太阳能电池材料发展论坛” 将于05月20日-22日在重庆举办，鉴于高老师您的研究建树，组委会真诚地邀请您出席会议并做邀请报告，看您的时间安排。(若您方便，烦请添加下我的微信，我给您发份会议文件，谢谢您）


会务组：徐姝      TEL:18519592830      微信：xshu1208

中国科学院福建物质结构研究所高鹏课题组采用具有大体积的1-萘甲胺碘(NMAI)来钝化钙钛矿表界面。与PEAI一样，NMAI在强极性的二甲基甲酰胺（DMF）溶液中,与PbI2混合一步旋涂可形成2D钙钛矿，并且曾经被成功应用来制备高效的2D/3D钙钛矿LED器件。但是NMAI在弱极性的异丙醇(IPA)溶液中，后处理3D钙钛矿薄膜时，表现出与PEAI不同的性质。XRD的测试表明，即使在高达100℃的高温下，处理后的3D钙钛矿薄膜表面绝大部分的铵盐未参与离子交换反应，仅形成极少量的2D钙钛矿。因此在完整的电池器件中，介于钙钛矿和空穴传输层之间的NMAI层起到了以下几个协同钝化效果：首先，NMAI本身的两性离子性质能够钝化钙钛矿的表面离子缺陷；其次，NMAI与钙钛矿表面相互作用形成界面偶极，诱导真空能级弯曲，进而改善界面的能带匹配；最后，绝缘的NMAI能够起到电子阻挡的作用。NMAI层的多重钝化效应，使得所制备的钙钛矿电池器件表现出较高的电致发光效率，有力地表明了钙钛矿和空穴传输层界面的非辐射复合大大减少。在一个标准太阳光照射下，器件的开路电压最高达到1.20 V,光电转换效率最高超过21%。

该研究为铵盐的钝化提供了新的思路和理解，并为钙钛矿的钝化进一步提高钙钛矿太阳能电池的效率提供指导。相关论文在线发表在 Advanced Energy Materials (https://doi.org/10.1002/aenm.202000197)上。该工作得到了国家自然科学基金，国家青年##计划项目的资助。

2019年自然科学基金面上项目-铅卤钙钛矿太阳能电池界面损耗的机制研究
批准号        21975260        学科分类        太阳能电池 ( B050804 )
项目负责人        高鹏        负责人职称                依托单位        中国科学院福建物质结构研究所
资助金额        65.00万元        项目类别        面上项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2023 年 12 月 31 日

报告人：高鹏(中科院海西研究院研究员)

报告题目：Passivation and Interface
Engineering of Lead Halide Perovskite for High Performance Solar Cells

摘要：高效率钙钛矿太阳能电池制备中的钝化及界面工程

报告人简介：

青年##计划获得者。于2006年起在Max-Planck Institute forPolymer Research （Mainz, Germany）师从德国化学会主席KlausMüllen教授攻读有机化学博士学位，主要从事有机场效应晶体管材料合成。自2010年博士毕业后，加入瑞士洛桑联邦理工大学 (école Polytechnique Fédérale de Lausanne) Micheal Grätzel教授研究组从事博士后工作。2015春天开始跟随Md. K. Nazeeruddin教授参与EPFLValais Wallis 项目，并于新成立的EPFL Sion Energy Center工作。博士和博士后期间在SCI期刊上发表原创性论文与综述90多篇，受邀撰写书章节3部。其中部分研究成果以第一/通讯作者身份发表在J. Am. Chem. Soc.、Adv.Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv.Energy Mater.、Chem. Mater.、Chem.Sci.等期刊上，多篇论文被选为期刊封面或热点论文。截止目前根据google scholar统计，个人SCI H-index为46, 文章总引用18000次。2017年1月筹建先进功能材料实验室（LAFM），担任研究员和课题组长，将专注于与稀土元素相结合的有机光电功能材料，开发新型高效光伏及电（光）致发光材料。

福建物构所高鹏Nat. Commun.综述：混合维钙钛矿的最新进展

混合卤化钙钛矿太阳能电池的额定效率已经飙升至23.3％。卤化钙钛矿具有理想的加工简单性，但在暴露于水和热时非常脆弱。这种脆弱性对于实用光伏技术发展是一项巨大的挑战。为了解决这个问题，中国福建物构所的高鹏博士联合EPFL的Nazeeruddin课题组回顾了混合维钙钛矿的最新发展，采用具有不同尺寸和功能的有机胺阳离子精细调节钙钛矿的维度，期望做到电池的效率和材料稳定性的兼顾。

Gao P, Yusoff A R B M& Nazeeruddin M K. Dimensionality engineering of hybrid halide perovskitelight absorbers[J]. Nature Communications, 2018.

DOI: 10.1038/s41467-018-07382-9

https://www.nature.com/articles/s41467-018-07382-9