打印当今世界，解决不断增长的能源需求与可持续发展之间的矛盾，是所有国家的共同目标。目前，全球以“光伏”为代表的绿色可再生能源产业链已驶入发展快车道。其中，钙钛矿光伏被认为是未来最具前景的绿色光电转换技术，它不仅更便宜、更轻薄、可变形，同时成本也更低廉、更环保，在应用范围上正在孕育颠覆性变革。因而，基于钙钛矿光伏材料的各领域研究已经成为各国科学家追逐的“焦点”。其中，α相FAPbI3钙钛矿具有更高的热稳定性和光电转换能力，带隙更接近Shockley-Queisser极限，因此α相FAPbI3已成为高效稳定钙钛矿光伏最有前途的钙钛矿材料。然而此类钙钛矿光伏材料的研究却始终存在许多难点，例如对湿度、热等环境因素非常敏感，在空气中极易发生相转变致使器件失效，极大地制约了其产业化进程。
有鉴于此，来自瑞士、韩国、瑞典的国际合作者Jaeki Jeong, Minjin Kim, Jongdeuk Seo, Haizhou Lu（共同第一作者）等开发了一种阴离子工程技术，即使用赝卤化物甲酸离子(HCOO？)来抑制存在于晶界和钙钛矿薄膜表面的阴离子空位缺陷，成功获得了25.6％器件效率（为已报道的最高钙钛矿太阳能电池效率），同时器件具有长期的运行稳定性(450小时)，并具有强烈的电致发光特性，外量子效率超过10％。如图1所示。
图1. 基于甲酸离子(HCOO？)工程的FAPbI3钙钛矿太阳能电池的稳定性
在FAPbI3钙钛矿光伏薄膜的成膜及相关机理研究中，该国际合作团队通过与蛋白质设施用户/上海光源的杨迎国合作，利用多尺度多维度同步辐射谱学技术揭示了甲酸离子(HCOO？)稳定α相FAPbI3钙钛矿的相关机制。在相对湿度约为100％环境下对FAPbI3薄膜进行同步辐射X射线衍射测量发现，参考样品中存在明显δ相钙钛矿，而在2％Fo-FAPbI3膜中则没有此相，这证明FAHCOO使FAPbI3的α相更加稳定，其中上海光源BL14B1和蛋白设施BL17B1线站为同步辐射X射线衍射测试提供了帮助。这些发现为消除存在于金属卤化物钙钛矿中的最丰富和有害的晶格缺陷提供了一条直接途径，为获得具有高效且长期稳定的光电性能的全溶液光伏制备技术提供了可能。
相关成果以“Pseudo-halide anion engineering for α-FAPbI3 perovskite solar cells”为题于2021年4月5日在线发表在Nature期刊上。论文通讯作者为韩国蔚山国立科学技术研究所Jin Young Kim，瑞士洛桑联邦理工学院Michael Gr？tzel和Anders Hagfeldt，以及韩国能源研究所Dong Suk Kim。
该研究得到了上海光源衍射线站（BL14B1），通用谱学线站（BL11B）及软X射线谱学显微线站（BL08U）、国家蛋白质科学研究（上海）设施高通量晶体结构线站（BL17B1），时间分辨红外谱学线站（BL01B1）线站的大力支持，线站工作人员为该工作提供了及时有效的帮助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03406-5
摘要：蛋白质设施用户/上海光源的杨迎国通过与国际合作团队合作，利用多尺度多维度同步辐射谱学技术揭示了甲酸离子(HCOO？)稳定α相FAPbI3钙钛矿的相关机制。相关成果以“Pseudo-halide anion engineering for α-FAPbI3 perovskite solar cells”为题于2021年4月5日在线发表在Nature期刊上。
