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北京大学材料科学与工程学院周欢萍教授团队提出了一种基于等离子体表面工程的界面调控新策略，实现了钙钛矿太阳能电池及模组中“高效率”与“高稳定性”的协同提升。该研究成果以“Plasma surface engineering for efficient and stable perovskite solar cells and modules”为题发表于国际顶刊《Science》上。
原文导读
钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells, PSCs）因具有高光电转换效率、低制备成本以及柔性应用潜力，被认为是下一代光伏技术的重要发展方向。然而，多组分铅卤钙钛矿材料固有的软晶格特性以及较低缺陷形成能，使其在结晶生长和后续器件加工过程中容易产生大量缺陷。这些缺陷不仅会诱导非辐射复合和离子迁移，还会加速器件性能衰减，成为限制钙钛矿太阳能电池长期稳定运行和规模化应用的重要瓶颈。
图1 等离子体表面工程示意图
本研究首先发展了一种基于氩气/四氟化碳（Ar/CF4）的混合等离子体表面处理技术。其中，Ar等离子体通过物理刻蚀作用去除钙钛矿表面的缺陷富集层，实现界面“抛光”；随后，CF4等离子体产生的活性氟物种与表面未配位铅离子发生原位反应，形成稳定的Pb-F配位结构，从而构筑连续致密的钙钛矿/氟化铅异质界面。透射电子显微镜、能谱分析以及二次离子质谱深度剖析等测试结果表明，该方法能够在钙钛矿表面构筑厚度约4至7纳米、连续均匀且具有强键合的含氟钝化层，同时保持体相晶体结构完整。
图2 原位偏压调控下ITO/PVSK/Au PL的演变以及相应荧光成像图
图3 未经处理和经过等离子体表面处理的PVSK 薄膜的FLIM成像
文章链接
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aeg1730
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文中ITO/PVSK/Au的PL Mapping（图2和图3）由北京卓立汉光仪器有限公司的OmniFluo-FLIM荧光寿命成像显微镜获取得到。激发光为450nm皮秒脉冲光源。图2中可以看到经过等离子体表面处理后的样品荧光稳定性优异。FLIM图像(图3)表明经过等离子体表面处理后，PVSK 薄膜载流子寿命变长，更有利于钙钛矿太阳能电池中的载流子的提取。
OmniFluo-FLIM通过对样品进行微观尺度下的荧光强度成像和荧光寿命成像，可以对钙钛矿太阳能电池进行表征，从而为工艺优化提供相应数据支撑。
OmniFluo-FLIM 荧光寿命成像显微镜
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