卤化铅钙钛矿电池因其高效、价廉、易制备成为具有巨大应用前景的光伏技术领域之一。作为一类薄膜器件技术，钙钛矿薄膜的表界面至关重要。表面结构缺陷往往引入电子缺陷态，是导致非辐射载流子复合的主要通道。此外，钙钛矿材料的分解一般也始于钙钛矿表面或者晶界处。因此，近年来钙钛矿器件效率及寿命的提升也主要依赖于表界面结构调控技术。钙钛矿表面化学的一个重要主题是两相间的相互作用力，其作用形式主要包括范德华作用（富勒烯等）、配位作用（噻吩等）和离子作用（铵离子等）。钙钛矿表面与界面材料之间的弱化学键受环境扰动容易解离，因而在工作环境下很难实现可靠、稳定的缺陷钝化等功能。因此，开发出新型、稳定的界面成键形式是该领域所面临的一个关键问题。
近日，华东理工大学研究团队利用二硫代氨基甲酸盐（DDTC）修饰钙钛矿表面，提出了一种新型的表界面成键模式——螯合作用。通过理论模拟与结构测试清晰地揭示了硫代氨基甲酸分子通过双齿螯合作用与钙钛矿表面铅位点成键。理论计算发现，其螯合作用吸附能为−1.73 eV，远大于常用的如氨或羧酸（吸附能约为−0.3~0.4 eV）等钝化分子。作为对比，水分子在表面配位作用的吸附能也仅为−0.32 eV。这种强吸附电子的性能进一步增强了螯合的Pb阳离子与Br/I阴离子的结合，从而减少了表面未配位的离子缺陷。基于该螯合策略，制备的CsPbI2Br太阳能电池的功率转换效率（PCE）为17.03%，开路电压可达1.37 V，且组件室温环境储放1400小时下，仍可保持初始效率的98%。
图1 钙钛矿表面双齿螯合结构
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Surface chelation of cesium halide perovskite by dithiocarbamate for efficient and stable solar cells
Jingjing He, Junxian Liu, Yu Hou, Yun Wang, Shuang Yang, Hua Gui Yang
Nat. Commun., 2020, 11, 4237, DOI: 10.1038/s41467-020-18015-5
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