窄带隙(NBG)子电池中空穴传输层(HTL)/钙钛矿界面的非辐射复合损失限制了全钙钛矿叠层太阳能电池的功率转换效率(PCE)。对于铅锡(Pb-Sn)基窄带隙钙钛矿太阳能电池，最小化其埋底界面处的电荷复合尤其具有挑战性，因为传统的长链胺基钝化策略通常会引入载流子传输损失，从而限制填充因子(FF)和短路电流密度(Jsc)。
在此，作者开发了一种偶极钝化策略，该策略在降低混合铅锡钙钛矿埋底界面陷阱密度的同时，还能实现HTL/钙钛矿界面的精确能级对齐。这种偶极诱导的钝化增强了欧姆接触，促进了空穴向HTL的高效注入，并排斥电子远离HTL/铅锡钙钛矿界面。
该方法将载流子扩散长度延长至6.2 μm，并显著提高了铅锡钙钛矿太阳能电池的PCE，达到24.9%，同时获得了0.911 V的开路电压(Voc)、33.1 mA cm-2的Jsc以及高达82.6%的FF。此外，该偶极钝化有效减轻了由叠层器件连接层引起的窄带隙子电池中的接触损失，使得全钙钛矿叠层太阳能电池实现了30.6%的卓越PCE(认证稳定效率为30.1%)。
器件制备
钙钛矿前驱体溶液
窄带隙FA₀.₇MA₀.₃Pb₀.₅Sn₀.₅I₃钙钛矿：前驱体溶液(2.4 M)在体积比为2:1的DMF和DMSO混合溶剂中制备。FAI/MAI和PbI₂/SnI₂的摩尔比分别为0.7:0.3和0.5:0.5.(FAI+MAI)/(PbI₂+SnI₂)的摩尔比为1:1.在前驱体溶液中加入了SnF₂(相对于SnI₂为10 mol%)。前驱体溶液在室温下搅拌2小时。在前驱体中加入锡粉(5 mg mL⁻¹)以还原前驱体溶液中的Sn⁴⁺并提高薄膜均匀性。对于含有钝化配体CF₃-PACl(0.3 mol%)的对照溶液，将其以优化浓度添加到前驱体溶液中。在制备钙钛矿薄膜之前，前驱体溶液通过0.22 μm PTFE膜过滤。
宽带隙FA₀.₈Cs₀.₂Pb(I₀.₆₂Br₀.₃₈)₃钙钛矿：前驱体溶液(1.2 M)由六种前驱体溶解在体积比为4:1的DMF和DMSO混合溶剂中制备。FAI/FABr/CsI/CsBr和PbI₂/PbBr₂的摩尔比分别为0.48:0.32:0.12:0.08和0.62:0.38.(FAI+FABr+CsI+CsBr)/(PbI₂+PbBr₂)的摩尔比为1:1.前驱体溶液在50 °C下搅拌2小时，使用前通过0.22 μm PTFE膜过滤。
钝化溶液
偶极钝化溶液(SA溶液)： SA溶液在体积比为1:1的DMF和DMSO混合溶剂中制备。前驱体溶液在80 °C温度下搅拌5小时。然后，在制备钙钛矿薄膜之前，前驱体溶液通过0.22 μm PTFE膜过滤。
EDAI顶部钝化溶液： EDAI溶液(0.5 mg mL⁻¹)在IPA中制备。前驱体溶液在室温下搅拌2小时。然后，在制备钙钛矿薄膜之前，前驱体溶液通过0.22 μm PTFE膜过滤。
器件制备
偶极钝化混合Pb-Sn钙钛矿太阳能电池：依次使用丙酮和异丙醇清洁预图案化的氧化铟锡玻璃基底。尽管ITO NCs/SAM (IC-CH) HTL比传统的PEDOT:PSS HTL表现出更低的寄生吸收——使得Pb-Sn钙钛矿器件能够获得更高的Jsc——但基于混合FA/MA的Pb-Sn PSC在使用ITO NCs/SAM HTL时仍然遭受显著的Voc和FF损失。这是一个持续存在的挑战，目前仍缺乏有效的解决方案。因此，保留PEDOT:PSS作为HTL以减轻这些Voc和FF损失。PEDOT:PSS以4000 rpm的转速旋涂在ITO基底上30秒，并在环境空气中于150 °C的热板上退火20分钟。冷却后，立即将基底转移到充满氮气的手套箱中用于沉积钙钛矿薄膜。SA以4000 rpm的转速旋涂在PEDOT:PSS上30秒，并在100 °C的热板上退火2分钟(无SA层的对照器件)。冷却后，通过两步旋涂程序沉积钙钛矿薄膜(2.4 M)：(1) 1000 rpm持续10秒，加速度为200 rpm/s;(2) 4000 rpm持续40秒，加速至1000 rpm/s。在程序结束前20秒的第二阶段旋涂过程中，将乙酸乙酯(300 µL)滴加到旋转的基底上。然后将基底转移到热板上，在100 °C下加热10分钟。冷却至室温后，将EDAI2以4000 rpm的转速旋涂在钙钛矿薄膜上30秒，并在100 °C的热板上退火2分钟。将基底转移到蒸发系统。最后，通过热蒸发依次在钙钛矿顶部沉积C60(20 nm)/BCP(7 nm)或ALD-SnO₂(10 nm)/Cu(150 nm)。
全钙钛矿叠层太阳能电池：制备了器件结构为Glass/ITO/NiO/SAM/WBG perovskite/C60/ALD-SnO₂/Au/PEDOT:PSS/NBG perovskite/C60/BCP or ALD/Cu的全钙钛矿叠层太阳能电池。首先将NiO纳米晶(水中15 mg mL⁻¹)以3000 rpm的转速旋涂在ITO基底上30秒，并在空气中于130 °C的热板上退火30分钟。NiO纳米晶根据先前的报告合成。冷却后，立即将基底转移到手套箱中。将未掺杂的SAM(2PACz和MeO-2PACz，浓度相同(IPA中1 mM)，按体积比75:25混合)以4000 rpm的转速旋涂在NiO薄膜上20秒，然后在100 °C下退火3分钟。通过两步旋涂程序将宽带隙钙钛矿薄膜沉积在SAM修饰的NiO上。第一步为2000 rpm持续10秒，加速度为200 rpm/s。第二步为6000 rpm持续40秒，加速至2000 rpm/s。在程序结束前20秒的第二阶段旋涂过程中，将苯甲醚(120 µL)滴加到旋转的基底上。然后将基底转移到热板上，在100 °C下加热5分钟，然后在85 °C下加热15分钟。对于WBG钙钛矿的后处理，制备了EDAI2(1 mg ml⁻¹，溶于IPA:甲苯体积比1:1的混合溶剂)和4F-PEACl(1 mg ml⁻¹，溶于IPA)，并依次沉积。旋涂速度设置为5.000 rpm，持续20秒。当旋涂速度达到最大值时，将50 μl处理液滴加到钙钛矿薄膜上。在每次旋涂后处理溶液后，将钙钛矿薄膜在100 °C下退火5分钟。冷却至室温后，将基底转移到蒸发系统，随后通过热蒸发以0.2 Å/s的速率在顶部沉积20 nm厚的C60薄膜。然后将基底转移到原子层沉积系统，在低温(通常为100 °C)下使用四(二甲氨基)锡(IV)前驱体在ALD-SnO₂上沉积20 nm SnO₂。将基底转移回热蒸发系统，在ALD-SnO₂上沉积超薄Au团簇层(约0.4 nm)。将PEDOT:PSS层旋涂在前子电池的顶部，并在空气中120 °C下退火20分钟。基底冷却后，立即将基底转移到充满氮气的手套箱中，使用与单结器件相同的程序沉积对照和偶极钝化的窄带隙钙钛矿薄膜。最后，通过热蒸发依次沉积20 nm C60、7 nm BCP和150 nm Cu薄膜。关于ALD-SnO₂层沉积的详细信息可在之前的工作中找到。
为最小化由于带隙变宽导致的Jsc降低损失，制备WBG子电池时未采用之前工作中在反溶剂中使用2D钝化剂的策略，从而在叠层器件中实现了子电池之间更好的电流匹配。
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