Nat. Energy评论：钙钛矿p-n同质结中的离子筛选

兔兔

2021-05-27

Cui等人（https://doi.org/10.1038/s41560-018-0324-8）最近报道了一种通过制造钙钛矿p-n同质结有源层来减少钙钛矿太阳能电池（PSCs）中复合的方法，他们声称，与传统PSCs相比，在钙钛矿p-n同质结有源层中，电场能更有效地分离光生电子和空穴。有鉴于此，帝国理工学院Philip Calado和Piers R. F. Barnes等人认为尽管他们的实验数据质量很高，但并不能直接支持这一结论，而且还清楚地表明，他们的器件中存在可移动离子电荷。

本文要点：

1）通过对同质结与未掺杂“对照”器件的截面开尔文探针力显微镜数据计算得出的场强差进行比较，表明在正向偏压下电场减少了大约两倍，而不是Cui等人建议的增强。然而，这些数据的直接比较已经存在问题，因为未掺杂的“对照”样品包括传输层，这在同质结开尔文探针力显微镜样品中是不存在的。

2）此外，Cui等人强调开尔文探针力显微镜是一种表面测量，其结果由表面偏振决定，其深度由材料的筛分长度决定。因此，预计钙钛矿中的移动离子电荷（如碘化物肖特基缺陷空位）将严重影响他们的观察，因为有大量的实验和理论证据表明，在太阳能电池运行条件下，它们的浓度高于典型的电子电荷密度。

3）移动离子电荷在不同钙钛矿混合物表面的积累会通过改变表面的静电势影响X射线光电子能谱测量的解释，这可能被错误地解释为电子带占用率的移动（化学势移动）。作者进一步强调，从X射线光电子能谱数据计算的能量位移强烈依赖于拟合范围的选择，这影响了费米能级位置结论的可靠性。

4）作者的计算表明，通常出现在同质结处的电场很大程度上会被在甲基铵碘化铅（MAPbI₃）等金属卤化钙钛矿材料中常见的可移动离子缺陷的再分布所屏蔽。在传统意义上，除非离子缺陷被完全固定或浓度显著降低，否则p-n同质结不可能在这些材料中持续存在。

Philip Calado et al. Ionic screening in perovskite p–n homojunctions. Nat. Energy 2021.

DOI: 10.1038/s41560-021-00838-1.

https://www.nature.com/articles/s41560-021-00838-1