钙钛矿太阳电池效率在短短十年内从3.8%蹿升到了20%以上，媲美晶硅电池几十年的发展成绩，并且相比晶硅电池，钙钛矿太阳电池成本更低、制备工艺更简单，成为了最具发展潜力的新一代薄膜光伏技术。但想要进一步接近甚至超越晶硅电池性能，钙钛矿太阳电池的效率还需要进一步提升。中国科学院半导体研究所Jingbi You教授课题组采用有机卤盐碘化苯乙铵（PEAI）对含有甲脒、甲胺混合阳离子的钙钛矿薄膜进行钝化处理，有效抑制了薄膜表面缺陷，提升了电流密度，更获得了迫近理论极限的开路电压值，进而获得了高达23.32%的认证效率值，是当前文献报道的最高值。
研究人员首先采用两步旋涂法在涂覆二氧化锡的透明导电玻璃上制备了甲脒、甲胺双阳离子混合的钙钛矿薄膜甲脒甲胺碘化铅（FA1−xMAxPbI3）薄膜。由于采用液相法来制备，不可避免形成多晶薄膜，从而形成大量的晶界和晶粒缺陷，引起部分载流子复合损失，影响器件性能。因此研究人员随后配置了有机卤盐碘化苯乙铵（PEAI）溶液，仍然采用旋涂工艺在钙钛矿薄膜FA1−xMAxPbI3表面进行旋涂形成一层很薄的PEAI薄膜。对经过和未经过PEAI旋涂处理的FA1−xMAxPbI3薄膜进行掠入射X射线衍射表征，结果显示两种薄膜的特征衍射峰基本一致，唯一的差别是PEAI处理的薄膜出现了一个新衍射峰，对比晶格常数可知，新衍射峰对应的是PEAI的晶相，表明PEAI处理不会引起原始FA1−xMAxPbI3薄膜的晶相变化，即保持了其原有的良好光电物理特性。原子力显微镜测试显示，PEAI处理后FA1−xMAxPbI3薄膜表面粗糙度从未处理前的32 nm减少到了24 nm，意味着PEAI很好地填充了晶界缝隙（因为晶界缝隙和晶粒的高度差最大，但处理后变小了）。稳态光致发光谱表征结果发现，PEAI处理后的薄膜光谱强度显著增强，意味着薄膜的非辐射复合得到了有效的抑制。接着研究人员分别以经过和未经过PEAI旋涂处理的FA1−xMAxPbI3薄膜为光敏层组装成完整的电池器件，进行光电性能对比测试研究。实验结果显示，采用PEAI处理的FA1−xMAxPbI3薄膜电池器件的短路电流密度和开路电压都显著提升，其中电流密度增加到23.4 mA/cm2，开路电压更是达到了惊人的1.18 V（达到了理论极限的94.4%），均优于未经过PEAI处理电池器件，进而获得高达23.32%的转换效率值，通过了美国国家可再生能源实验室的认证，为迄今为止文献报道的效率最高值。进一步的稳定性测试显示，PEAI处理的FA1−xMAxPbI3薄膜电池器件可以在85℃的一个模拟太阳能光辐照下连续稳定工作500小时，表现出良好的稳定性。
该项研究通过采用有机卤盐对混合阳离子钙钛矿薄膜进行表面钝化处理，有效地减少了薄膜缺陷进而抑制了载流子非辐射的复合损失，获得了超高电流和电压值，创造了迄今为止文献报道的钙钛矿太阳电池最高效率值。相关研究成果发表在《Nature Photonics》。
