来源：X-MOL资讯 

在过去的十几年里，钙钛矿太阳能电池得到快速发展，已经成为备受关注的新型光伏技术之一。然而，要实现其商业化应用，仍需进一步提升其效率和稳定性。通过构建2D/3D钙钛矿来结合2D钙钛矿的高稳定性和3D钙钛矿的高效率是提高钙钛矿效率和稳定性的主要方法之一。目前，常用的一种制备方法是在3D钙钛矿顶部涂布有机铵盐配体的溶液，以达到钝化表面缺陷的效果，并形成2D/3D钙钛矿异质结。这些有机配体与表面的3D钙钛矿或过量的碘化铅反应，形成具有不同n值的2D钙钛矿。然而，不同n值的2D钙钛矿的形成可能导致异质结处的能带排列不一致（I型或II型），从而对器件性能产生负面影响。此外，梯度有序分布的2D/3D异质结更有利于促进电荷的收集和传输。因此，迫切需要开发一种简单而实用的策略，以调节2D钙钛矿钝化层的相分布，更好地调控能级和整体器件性能。这将有助于克服目前面临的挑战，提高钙钛矿太阳能电池的稳定性，从而更好地满足未来光伏技术的需求。

针对这个问题，南开大学刘永胜团队提出了一种二维钙钛矿单晶辅助的原位相重构策略，通过形成二维钙钛矿不同相与三维钙钛矿间的梯度异质结，成功提高了2D/3D钙钛矿太阳能电池的能量转换转化效率，同时显著提升了器件的稳定性。在这项研究中，研究人员与中国科学院高能物理研究所陈雨副研究员合作，采用原位GIWAXS技术进行表征分析。他们发现，通过调整二维钙钛矿单晶溶液旋涂后的退火时间，成功实现了2D钙钛矿在三维钙钛矿上的垂直梯度相分布。与此同时，在界面区域形成梯度能级排列，成功实现了对界面电荷复合的抑制，以及对电荷载流子的高效提取。优化后的薄膜具有较高的薄膜质量和较大的晶粒尺寸，有效地减少了钙钛矿薄膜的缺陷密度。同时，研究者发现2D/3D钙钛矿薄膜表现出优异的耐水特性。将2D/3D钙钛矿薄膜直接置于水中时，其能够保持较长时间的稳定性，而与之相对应的3D钙钛矿薄膜在水中却迅速发生分解。2D/3D光伏器件实现了 24.87% 的能量转换效率和 1.185 V 的开路电压。这一性能明显超过了参比器件，后者仅实现了22.43%的效率和1.129 V的开路电压。重要的是目标器件表现出优异的操作稳定性，在最大功率点（MPP）跟踪测试1500 小时后仍能保持其初始效率的 97% 以上，外推T80寿命大于5700小时。本项研究为进一步提高 2D/3D杂化钙钛矿器件的效率和稳定性供了新思路。

这一成果近期发表在J. Am. Chem. Soc.上，南开大学博士研究生宋宗龙为文章的第一作者，南开大学刘永胜教授和中国科学院高能物理所陈雨副研究员为通讯作者。

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Single-Crystal-Assisted In Situ Phase Reconstruction Enables Efficient and Stable 2D/3D Perovskite Solar Cells 

Zonglong Song, Yuping Gao, Yu Zou, Hao Zhang, Rui Wang, Yu Chen*, Yongsheng Chen, and Yongsheng Liu*

J. Am. Chem. Soc., 2024, DOI: 10.1021/jacs.3c12446