Shockley-Queisse效率极限指出：高效单结器件的填充因子（FF）在常温下可达约90%。目前多数报道的FF值均在60~70%的范围内。因此，提高器件FF是一种提升器件效率的有效方式，如Lewis碱钝化和富勒烯钝化已被证明可以改善FF从而提高太阳电池的效率，而Lewis酸PbI2易与非质子极性溶剂中含有硫、氧、氮或Lewis碱相互作用形成一种复合物。研究人员发现在PbI2/DMF前驱体溶液添加部分水后，器件FF可以达到85%。碘化铅在钙钛矿晶体晶界或钙钛矿和中间层之间界面增强钙钛矿中的光电子注入到电子传输层，从而增强FF。

华中科技大学武汉光电国家研究中心王鸣魁教授和中科院长春应用化学研究所刘俊研究员、美国加州大学洛杉矶分校杨阳教授合作，采用平面结构萘二酰亚胺（NDI）/石墨烯修饰SnO2电子传输层，利用分布在钙钛矿/SnO2界面处NDI的苯环氢原子与钙钛矿晶体的碘原子形成范德华作用力，从而实现[PbI6]4-离子固定在钙钛矿/电子传输层的界面处，起路易斯碱钝化效应（如图1所示）。

图1. NDI/石墨烯修饰的SnO2混合电子传输层的太阳能电池器件结构、钙钛矿/电子传输层界面处的成键情况及在标准条件下光-电输出特性。

研究人员应用密度泛函计算等研究手段深入探索了电池内部光生电荷抽取过程，结合电化学阻抗分析结果发现NDI/石墨烯有助于电荷抽取。该研究明确了制备高性能钙钛矿太阳能电池的关键因素：钙钛矿界面电荷传输，为下一步高性能电子传输层研究确定了方向。

图2. NDI/石墨烯修饰SnO2电子传输层与钙钛矿界面处电荷抽取能力的密度泛函理论计算

该研究结果以题目为“Efficient Planar Perovskite Solar Cells with Improved Fill Factor via Interface Engineering with Graphene”论文发表在Nano letters上。文章链接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b00025。该研究工作得到了国家自然科学基金项目（No. 21673091）、湖北省自然科学基金(No. ZRZ2015000203)等项目的支持。