近日，我所薄膜硅太阳电池研究组（DNL1606）刘生忠研究员团队联合宾州州立大学帕克分校Shashank Priya和杨栋等人使用乙二胺四乙酸（EDTA）与ZnO形成络合物E-ZnO来对ZnO薄膜改性，将其用作钙钛矿电池的电子传输层（ETL），显著提高了电池的光电转化效率和热稳定性。

ZnO是有机太阳电池（OPV）中常用的电子传输层材料，具有和TiO2相似的物理性质，如能级位置、禁带宽度等，而且ZnO的电子迁移率更高。但是在钙钛矿电池中常用的电子传输层材料是TiO₂和SnO₂，对于ZnO的研究比较少。这主要是因为，溶液法制备的ZnO薄膜表面残留的羟基等官能团，会诱导沉积在其上面的钙钛矿薄膜在退火时发生质子转移反应而分解。针对这个问题，该团队使用了两种策略：1.使用EDTA改性ZnO薄膜表面，减少表面羟基的含量；2.通过免退火工艺制备钙钛矿薄膜。

EDTA是一种非常强的螯合剂，可以与ZnO形成螯合物。实验结果表明，与ZnO相比，E‐ZnO具有更高的电子迁移率、与钙钛矿更适合的匹配能级和更好的电荷提取能力。更重要的是，EDTA有效地螯合了ZnO表面的有机配体，从而抑制了ZnO上钙钛矿薄膜在高温下发生的羟基诱导质子转移反应，提高了钙钛矿器件的热稳定性。同时，为了避免钙钛矿薄膜在制备过程中退火时发生分解，该团队开发了一种免退火、免反溶剂制备钙钛矿薄膜的工艺：利用甲胺气体与MAPbI₃钙钛矿晶体形成液态中间相，溶解在乙腈溶剂中配制钙钛矿前驱体溶液，使用一步法动态旋涂该前驱体溶液可免退火、免反溶剂获得高质量钙钛矿薄膜。结合E-ZnO和免退火新工艺的优势，基于E-ZnO的MAPbI₃钙钛矿器件最高效率达到20.39%。未封装的器件在空气中暴露3604小时后仍能保持初始效率的95%。这项工作为实现钙钛矿电池的高性能提供了一条可行的途径，并且由于免退火和免反溶剂技术，该工作将促进钙钛矿光伏在柔性和叠层器件中的应用。

相关研究成果以题为“Antisolvent- and Annealing-Free Deposition for Highly Stable Efficient Perovskite Solar Cells via Modified ZnO”发表在《先进科学》（Advanced Science）上。上述工作得到了中科院A类先导专项“临近空间科学实验系统”、国家自然科学基金、111项目、国家重点研究项目、国家大学研究基金和大连化物所知识创新工程等项目的资助。（文、图 王子瑜、段连杰）