近年來，鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)發展迅速，其光電轉換效率(PCE)從最初的3.8%提高到了25.2%，但環境不穩定性仍然是阻礙其走向商業化的一大瓶頸。由于良好的環境穩定性，層狀二維(2D)鈣鈦礦受到研究人員的廣泛關注。2D網絡可以理解為厚度為n的共角無機八面體[MX6]4層被大體積烷基銨陽離子層間隔開，庫侖力和疏水作用將單元堆疊的層鏈接在一起，以保證2D結構的完整性。二維層狀結構被認為是天然的多量子阱結構，其中無機半導體層充當“阱”，絕緣有機層充當“阻擋層”。由于其較長的烷基鏈，分子量較大的有機組分更疏水，長鏈有機胺可以有效地隔絕水分和氧氣，從而可以顯著提高器件穩定性。
盡管如此，2D鈣鈦礦薄膜中的隨機相分布會阻礙載流子傳輸并增加載流子復合，進而影響器件的性能和穩定性。為解決這一問題，中山大學畢冬勤教授團隊提出了一種作用于2D鈣鈦礦GA2MA4Pb5I16的多功能界面改性策略，使用溴化胍(GABr)優化鈣鈦礦薄膜的二次結晶過程。測試表征表明，在鈣鈦礦界面處引入GABr可以調節鈣鈦礦的重結晶過程，引起2D鈣鈦礦薄膜中相的重新排列；此外，進入鈣鈦礦晶格的GA+可以抑制鈣鈦礦材料的降解，有效改善了器件的環境穩定性和光穩定性。經GABr優化后，2D PSCs的PCE達到19.3%；在沒有封裝的情況下，器件在環境條件下保存3000小時后仍能保持其初始PCE的94%，這項工作為2D PSCs的界面優化方法提供了可靠的基礎。
圖1. (a)不同濃度GABr后處理的PSCs的光伏性能，原始器件與優化器件的(b) J–V曲線，(c)在N2環境下最大功率輸出點的穩態輸出效率(0.91和0.88 V)，(d)性能重現性，以及(e)光照和環境穩定性。
相關的研究成果以“Stable Layered 2D Perovskite Solar Cells with an Efficiency of over 19% via Multifunctional Interfacial Engineering”為題發表在國際著名學術期刊J. Am. Chem. Soc.上(DOI：10.1021/jacs.0c13087)。碩士研究生黃雅雯為論文的第一作者，畢冬勤教授為通訊作者，中山大學材料科學與工程學院為論文第一單位。該研究工作受到國家自然科學基金、國家重點研究發展計劃基金的支持。
