钙钛矿和电荷传输层之间的界面是钙钛矿太阳能电池持久性不足的主要原因，钙钛矿和电荷传输层的界面非常复杂，存在相互矛盾的化学相互作用和机械相互作用。有鉴于此，新加坡国立大学侯毅教授等报道一种非常有效的剥离（debonding）技术，能够深入分析钙钛矿的晶体生长和老化晶相过程中的异质界面。分析结果表明钙钛矿的机械稳定性和化学稳定性之间存在着权衡问题，界面粘接（断裂能达到2.49J m-2~0.38J m-2）、质子迁移相互作用、退化之间的强烈关系。为了解决稳定性问题，作者将Me-4PACz和DCZ-4P分子混合，通过引入的磷酸螯合基团增强氧化物和钙钛矿的界面键合。通过这种提高界面稳定性的策略，实现了25.6%的钙钛矿太阳能电池器件效率，在ISOS-L-1I和ISOS-D-2I标准条件测试1000h仍维持90%的初始性能。在热循环条件测试过程中，界面稳定处理的钙钛矿器件在500圈循环后，效率仍保持95%，热稳定性超过了IEC 61215和ISOS-T-3I的标准。 这项研究开发了一种非破坏性、能够与制备兼容的普适性策略研究钙钛矿-氧化物（Pero-MeOx）界面相互作用。首先在真空条件下，将含有钙钛矿层（Cs0.1FA0.9PbI3）和金属氧化物基底的两个半电池键合，随后通过剥离处理将Pero-MeOx界面分开。钙钛矿层的高晶化度能够保证不同薄膜之间无缝键合，因此有助于Pero-MeOx界面层容易剥离。横截面SEM表征结果表明，在真空环境形成紧密且均匀的晶化体相钙钛矿层，这与大气环境生成的钙钛矿层明确不同，在大气气氛形成的钙钛矿层表现明确的边界，表明Pero-Pero键合比较弱。这是因为高真空环境避免了湿气和氧气的影响（影响钙钛矿太阳能电池性能的关键原因）。XRD表征结果表明，真空粘接钙钛矿层得到的钙钛矿PbI2峰强度比传统层压钙钛矿的PbI2峰强度低，荧光光谱同样验证。因此，在Pero-MeOx界面之后的剥离过程中可以看作主要受到的是机械力，这种粘接处理过程与钙钛矿沉积过程极为类似，因此能够研究Pero-MeOx界面的性质。 通过机械双悬臂梁DCB（mechanical double-cantilever beam）技术测试MeOx-Pero-MeOx叠层的剥离。测试各种Pero-MeOx界面断裂能（interface fracture energy）发现，Pero-ZnOx界面的平均断裂能最高（~2.49J m-2），Pero-TiOx界面的平均断裂能最低（~0.38J m-2）。断裂能提高有助于异质界面免于受到损坏。此外，研究发现表面粗糙度和晶粒尺寸基本上没有影响。而且对不同制备技术的断裂能进行测试，发现标准化处理的重要性。由于钙钛矿体相晶体的强键合，因此这项技术能够作为环氧化物-剥离技术的替代性方案。 剥离异质界面的表征。首先对剥离得到的Pero-MeOx界面成像表征，并且对各种Pero-MeOx界面参数进行比较。SEM和AFM表征钙钛矿的形貌，发现基本上所有的Pero-MeOx界面都存在不同尺寸的孔，这种孔影响PSC电池的效率和稳定性，但是不同界面的孔比例不同。表征结果发现ZnOx表现出不寻常的形貌，而且通过EDX表征发现ZnOx界面覆盖六方晶相PbI2杂质。这个结果表明，Pero-ZnOx界面具有强相互作用，导致晶化过程形成大量的PbI2。AFM表征结果表明，在晶体生长过程中由于界面相互作用对界面钙钛矿形貌破坏的现象是Pero-ZnOx最高，Pero-TiOx最弱。通过导电共聚焦PL成像以及KPFM（Kelvin探针力显微镜）表征Pero-MeOx界面相互作用对钙钛矿薄膜的光学性质和电子学性质的影响。表征结果表明从Pero-ZnOx到Pero-TiOx，PL逐渐增强，均匀性增加。在Pero-ZnOx具有最强的低PL区域，这种低PL区域对应于局部缺陷和不均匀性导致的钙钛矿薄膜分解。KPFM表征电势分布情况，发现随着Pero-ZnOx向Pero-TiOx，由于界面缺陷导致的电势变化程度变小。界面电势的均匀有助于载流子的抽取和钙钛矿电池器件的稳定。研究Pero-MeOx界面相互作用机理。通过XPS表征技术研究界面各种主要元素的电子结构，对Pero-ZnOx界面表征结果表明Pd 4f7/2和I 3d5/2偏移~0.2eV，对应于钙钛矿消除A+I-转变为PbI2。N 1s表征发现产生FA脱质子的新峰。对剥离界面的ZnOx表征O1s和Zn2p，观测发现与钙钛矿形成界面导致ZnOx的氧缺陷增加，Zn2p的峰位置移动+0.7eV，对应于Zn-O化学键变成Zn-OH和Zn-I。表征发现，各种Pero-MeOx界面表征都具有类似的现象（FA脱质子化以及生成PbI2）。 X射线表征。通过XRD和FTIR表征不同Pero-MeOx界面，发现界面质子转移相互作用和异质界面粘结之间相关，因此作者认为界面粘结作用来自金属氧化物吸附钙钛矿晶体的质子。强吸附能力增强界面粘结，但是同时增加界面氢原子转移，导致损坏Pero-MeOx界面稳定性，进一步表征发现这种现象具有普适性。此外，通过XAFS和XANES进一步表征。这种技术能够用于表征各种老化处理后的界面。分别对85℃热老化100h后的界面情况，发现热老化处理过程加快界面脱质子，导致产生更多PbI2。这个过程具有普适性，在Pero-TiOx界面同样存在这个现象；其次，测试界面在1个太阳光照射100h后的情况，发现所有的Pero-MeOx界面的金属态Pb都在光老化过程中增加。而且，不同Pero-MeOx界面生成的Pb金属有所不同。通过原位XAFS进一步阐明不同老化处理过程中的界面相互作用机理。对Pero-NiOx界面在老化过程中的变化情况进行连续表征。发现热老化过程中Ni价态显著降低，对应于H+吸附增强，导致3d轨道占据增加。光老化过程中导致XAFS峰蓝移~0.4eV，对应于Pero-NiOx界面空穴在光照射下激发，导致Ni价态恢复。而且表征发现，钙钛矿的质子转移现象在一定程度上是可逆的过程。 Pero-NiOx界面是最重要的p-i-n钙钛矿界面。作者通过开发的界面剥离技术，发现界面加入Me-4PACz分子能够起到阻挡作用，阻碍界面反应。但是，Me-4PACz同样因为与钙钛矿之间弱成键作用，导致产生层间脱离问题。为了解决这种粘结-分解的权衡，加入另一种分子（DCZ-4P），当Me-4PACz和DCZ-4P以1:1的比例形成SAM混合层，不仅增强界面粘结，而且提高稳定性。双分子混合SAM层（D4P）钙钛矿电池性能。分别测试构筑p-i-n结构的Me-4PACz-NiOx钙钛矿电池和D4P-NiOx钙钛矿电池，发现双分子混合D4P层改善电池性能，测试得到最高的电池效率达到25.6%，认证电池效率达到25.4%。稳定性测试结果同样表明，双分子混合D4P改善钙钛矿太阳能电池的稳定性。通过ISOS-L-1I标准测试（25℃，85% RH，1个太阳），发现T90时间达到1000h。这个长时间稳定性比单一分子Me-4PACz-NiOx钙钛矿太阳能电池的稳定性更好（600h后性能衰减至85%）。通过ISOS-D-2I标准测试（85℃）长时间稳定性，发现D4P-NiOx钙钛矿太阳能电池在1000h热老化后性能仍保持91.3%，比对比的单分子Me-4PACz-NiOx钙钛矿太阳能电池性能更好（1000h后的性能仅为73.2%）。热循环测试结果表明，在-40℃/85℃的30min循环测试中，D4P-NiOx钙钛矿太阳能电池在500圈热循环过程中性能保持95%，但是对照的单分子Me-4PACz-NiOx钙钛矿太阳能电池的效率降低至54%。 这项研究在缺陷Bi2Te3块体晶体中实现优异的塑性，显著的将塑性热电材料的室温品质因数提高值1.05，这个数值可与最好的脆性热电半导体材料比较，这项工作不仅开发了高性能塑性热电材料，而且提供将脆性材料转变为塑性材料的策略。Chen, J., Wang, X., Wang, T. et al. Determining the bonding–degradation trade-off at heterointerfaces for increased efficiency and stability of perovskite solar cells. Nat Energy (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01680-xhttps://www.nature.com/articles/s41560-024-01680-x
