经过十几年发展，钙钛矿太阳能电池已成为一种极具商业潜力的新一代太阳能电池技术。然而，通过溶液处理工艺得到的钙钛矿多晶薄膜经过快速结晶和高温退火的过程，在体相、晶界和表面上会形成多种缺陷，这是影响钙钛矿太阳能电池效率的重要因素。欠配位的铅离子(Pb²⁺)由于形成能较低，是形成各种缺陷的主要原因之一。这些欠配位的Pb²⁺还可以诱导光生载流子的重组，并为离子迁移提供途径，导致了太阳能电池性能的进一步衰退。添加剂工程是钝化钙钛矿表界面的有效途径，有助于提高太阳能电池的效率和稳定性。

近日，中科院青岛能源所逄淑平研究员和王啸副研究员采用与Pb²⁺具有强配位作用的聚丙烯腈（PAN）聚合物作为钝化剂添加到钙钛矿前驱体溶液中，获得了高效稳定的太阳能电池器件。电池器件的开路电压从1.12 V提升到1.23 V，光电转换效率达到了23.71%。

该工作中系统对比和分析了PAN、聚丙烯酸（PAA）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙烯醇（PVA）、聚乙二醇（PEG）等与钙钛矿中欠配位Pb²⁺间的相互作用。与传统的含O元素的聚合物相比，氰基基团与欠配位Pb²⁺具有更强的配位能力，可以更有效的钝化薄膜中正电性缺陷，其表现是显著降低了钙钛矿薄膜表面的碘/铅比例。进一步深入研究表明，这种薄膜表面的富碘状态与钙钛矿电池器件的开路电压有着明显的相关性。

最终，钙钛矿薄膜添加PAN钝化剂后，展现出更低的缺陷浓度。在器件上表现出更弱的滞后效应、更高的器件电压和明显提升的光电转换效率。同时，PAN与Pb²⁺的强配位作用有利于构建更为稳定的表界面结构，减少离子迁移通道，提高钙钛矿薄膜中离子迁移的势垒，这最终提升了器件的光照稳定性。该工作表明，钝化剂与Pb²⁺之间的强配位作用对于降低钙钛矿太阳能电池的电压损失和提升器件长期稳定性都尤为重要。

论文信息：

Polyacrylonitrile-coordinated perovskite solar cell with open-circuit voltage exceeding 1.23 V

Chen Chen,Xiao Wang,Zhipeng Li,Xiaofan Du,Zhipeng Shao,Xiuhong Sun,Dachang Liu,Caiyun Gao,Lianzheng Hao,Qiangqiang Zhao,Bingqian Zhang,Guanglei Cui,Shuping Pang

文章的第一作者陈晨现为中科院青岛能源所的研究助理。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202113932