重要发现

中国科学院合肥物质科学院固体物理研究所潘旭研究员、叶加久博士，韩国成均馆大学Nam-Gyu Park，华北电力大学戴松元教授等借助上海光源稀有元素分析线站等多个线站研究了钙钛矿薄膜沿垂直方向的面外成分不均匀性，并确定了这种不均匀性的根本原因及其对器件的潜在影响。

研究的重要性和影响力

该工作中最终制备的反式钙钛矿太阳电池获得了26.1%的最高效率，认证效率为25.8%。相关成果以“Out-of-plane Cations Homogenise Perovskite Composition for Solar Cells”为题发表在Nature 2023, 624: 557-563。

研究背景 

    钙钛矿太阳电池经过迅速发展后，电池效率提升速度明显放缓。高效率钙钛矿材料往往通过采用纯碘体系下的阳离子掺杂组分获得，不同的阳离子组分在钙钛矿体相面外方向的分布对钙钛矿体相载流子扩散及界面抽取至关重要。深入研究阳离子面外方向分布不但有助于理解钙钛矿体相载流子动力学过程，更有望推动钙钛矿太阳电池效率的进一步发展。但是钙钛矿体相的不同阳离子组分分布的研究却未获得很大突破。

主要研究内容 (Main research contents) 重点提到线站的贡献，用什么方法获得的数据

在该项工作中，研究团队使用 1-(苯基磺酰基)吡咯 (PSP) 来均匀化钙钛矿薄膜中的阳离子成分。在证明PSP分子作用于钙钛矿体相分布中，同步辐射X射线吸收精细光谱技术发挥了关键作用。研究中利用上海光源稀有元素分析线站（BL13SSW）进行了Pb-LIII边精细结构吸收谱的测试分析，实验中设计了五个掠入射角来获得钙钛矿薄膜内不同深度的信息（图1）。通过研究 Pb-O和Pb-I配位相对应的峰随着深度变化带来的原子间距差异，证实了添加剂分子PSP和钙钛矿之间的相互作用，并进一步加强了面外阳离子分布的均匀性。

图1 钙钛矿薄膜内不同深度处Pb的精细结构吸收谱分析

展望

该研究工作通过均匀化钙钛矿组分面外分布获得优异电池性能，开辟了提升电池器件稳定性的新途径，为进一步提升高效、稳定的钙钛矿太阳电池提供了明确的方向。

联系人

稀有元素分析线站用户负责人：曾建荣，zengjr@sari.ac.cn, 021-20304853

相关论文

Homogenizing out-of-plane cation composition in perovskite solar cells. Nature 2023, 624: 557–563