我國學者在鈣鈦礦太陽能電池埋底界面研究方面取得進展

圖 不同處理策略制備的鈣鈦礦太陽能電池。（a）背面光學照片；（b）截面掃描電鏡照片；（c）界面分子與鈣鈦礦或金屬氧化物電荷傳輸層的結合能（理論計算）；（d）J-V掃描曲線；（e）長期運行穩定性結果

　　在國家自然科學基金項目（批準號：52203208、52325310、52272179、52303335）等資助下，北京大學物理學院現代光學研究所龔旗煌院士、朱瑞教授研究團隊在鈣鈦礦太陽能電池的埋底界面研究中取得進展，相關研究成果以“協調鈣鈦礦太陽能電池界面分子雙邊鍵強度（Harmonizing the bilateral bond strength of the interfacial molecule in perovskite solar cells）”為題，于2024年9月16日在線發表于《自然?能源》（Nature Energy）雜志上，論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41560-024-01642-3。

　　鈣鈦礦太陽能電池作為一種新型光伏技術，有望為“雙碳”目標的實現提供可行的技術路徑。然而，在基底與鈣鈦礦層之間的埋底界面易于富集缺陷，從而對鈣鈦礦太陽能電池的性能造成嚴重破壞。通常，在電池埋底界面處引入界面修飾分子，可有效調控和改善埋底界面，提升電池性能。為發揮優化調控作用，界面分子需與鈣鈦礦成分發生強相互作用/反應，但過強的相互作用/反應可能導致界面分子不可控地插入到鈣鈦礦層中，最終引起電池性能的下降。

　　針對這一關鍵問題，研究團隊創新提出了一種界面分子雙側競爭策略，巧妙利用界面分子與兩側功能層相互作用的競爭關系，實現埋底界面的優化調控。以正式結構鈣鈦礦太陽能電池為例，研究團隊選取2,2’-氧雙(乙胺)作為界面分子，并將其引入到底部金屬氧化物電子傳輸層和鈣鈦礦層之間的埋底界面處。通過對電子傳輸層進行碳酸鋰摻雜來調控其電子結構，以此增強其與界面分子之間的鍵合。相應地，界面分子與另一側鈣鈦礦層之間的鍵合則隨即減弱，從而顯著抑制了界面分子向鈣鈦礦層中的不可控插入。

　　該策略可最大化實現界面分子的功能性，從而將鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率提升至26.5%以上（中國計量院認證值為26.31%）。此外，這一策略還可有效穩定FAPbI3的光活性相，顯著增強鈣鈦礦太陽能電池在濕、熱和光老化條件下的穩定性。該工作為正式結構鈣鈦礦太陽能電池的埋底界面調控研究提供了新視角，為其它結構鈣鈦礦太陽能電池的界面調制提供了重要參考。