Advanced Materials:可充电电池与钙钛矿太阳能电池中活性材料表界面及中间相的调控

高效能源转化与存储器件应对绿色可再生能源获取与应用中扮演着举足轻重的作用。金属卤化物钙钛矿太阳能电池是近年发展最快的新型光伏器件,它不同于硅基太阳能电池的PN结,其激子的产生和分离可以在单层钙钛矿中同时完成,因此钙钛矿层的结晶以及界面间的缺陷显得更为重要。尽管钙钛矿本身对浅能级缺陷的容忍程度较高,但是存在于钙钛矿与传输层之间的大量缺陷会造成严重的非辐射复合,从而降低器件的效率和稳定性。同样在储能方面,电极/电解质界面的离子/电子交换决定着可充电电池的可逆性和稳定性,即电池组件的界面问题是影响储能效率的根本性因素之一。被认为是更安全的全固态电池使得这一挑战变得更加严峻。因此,探究表界面特性及中间相的作用在钙钛矿电池和可充电电池的研究突破中变得尤为重要。

华盛顿大学曹国忠教授研究小组和北京科技大学田建军教授研究小组合作发表综述文章,探讨钙钛矿太阳能电池与可充电电池中活性材料之间的表界面问题。钙钛矿太阳能电池中,对于下层界面,主要总结并讨论全无机氧化物半导体材料(如TiO2、SnO2、ZnO等)与钙钛矿层之间的界面问题,其中包括表面修饰、引入钝化层以及能带结构的调整。而对于上层界面,主要包括对于钙钛矿表面缺陷钝化以及引入钝化层结构的讨论。针对可充电电池,从固液界面到固固界面,总结材料缺陷对表面能以及电极/电解质化学相容性的关联,尤其固固界面处空间电荷层对离子电子分布的影响以及应对策略。全文对比总结表面缺陷在两种器件中扮演作用的差异,基于此,针对性地阐述了相关界面的设计准则和考量因素,为高效率能源转化存储器件及材料的研发提供科学参考。综述论文以“Interphases, Interfaces, and Surfaces of Active Materials in Rechargeable Batteries and Perovskite Solar Cells”发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201905245)。