【儀表網 研發快訊】鈣鈦礦太陽電池成本低、光電轉換效率高，被認為是新一代光伏技術之一。研發高效、穩定、可大面積制備的鈣鈦礦太陽電池技術是目前主要的發展目標，這通常需要對界面能級結構和缺陷密度進行優化和調控，特別是對于正置結構(n-i-p結構)來說，其空穴傳輸層材料(spiro-OMeTAD)與鈣鈦礦的能級失配、制備過程中產生的表面缺陷均會導致嚴重的非輻射符合損失。因此，理解界面能級位置、缺陷密度以及器件性能的定量關系，以及開發合適的界面調控材料至關重要。
 

　　鑒于此，中國科學院寧波材料技術與工程研究所所屬新能源技術研究所葉繼春研究員帶領硅基太陽能及寬禁帶半導體團隊，基于前期對鈣鈦礦太陽電池的研究(Energy Environ. Sci., 2020, 13, 1753；Adv. Funct. Mater. 2021, 32, 2110698；Adv. Mater. 10.1002/adma.202211962；Joule 2022, 6 , 2644；Nat. Commun. 2023, 14, 2166；ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 36727；J. Mater. Chem. A, 2023,11, 6556；J. Mater. Chem. A, 10.1039/d3ta00500c)，在高效穩定鈣鈦礦太陽電池的界面調控方面取得了新的研究進展。
 

　　該團隊基于2D/3D鈣鈦礦異質結設計，研究發現0.2 eV的界面能級差(Energy Offset)可將器件對界面缺陷容忍度提高3個數量級，揭示了鈣鈦礦太陽電池界面場鈍化和化學鈍化的定量關系。進一步地，團隊發現，通過設計2D鈣鈦礦中鹵素的種類，可實現對鈣鈦礦界面能級差的可控調節，并且形成的2D鈣鈦礦可顯著鈍化鈣鈦礦的表面缺陷和抑制的離子遷移。
 

　　基于此，通過優選2D鈣鈦礦前驅體，制備得到了效率達到25.32%的小面積電池(認證效率為25.04%)和21.48%的大面積小組件電池(29cm2)，并表現出出色的穩態輸出穩定性，在最大功率點下連續輸出2000小時后仍然保持了初始效率的90%。該研究成果為開發合適的界面調控方法，制備高效、穩定、大面積的鈣鈦礦太陽電池提供了理論和實驗參考。
 

　　該結果以“Visualizing Interfacial Energy Offset and Defects in Efficient 2D/3D Heterojunction Perovskite Solar Cells and Modules”為題發表于Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.202302071)。寧波材料所2018級碩博連讀生楊偉創、瑞士洛桑聯邦理工學院博士后丁斌、北京大學深圳研究生院博士后林則東為共同第一作者，寧波材料所葉繼春研究員、盛江副研究員、楊陣海，瑞士洛桑聯邦理工學院Mohammad Khaja Nazeeruddin教授為共同通訊作者。該研究得到了國家重點研究與開發項目(Grant No. 2018YFB1500103)、國家自然科學基金(Grant No. 62004199)、江蘇省科技支撐計劃項目(Grant No. BE2022026-2)等項目的支持。