我国学者在钙钛矿太阳能电池埋底界面研究方面取得进展
2025/06/01
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图 不同处理策略制备的钙钛矿太阳能电池。（a）背面光学照片；（b）截面扫描电镜照片；（c）界面分子与钙钛矿或金属氧化物电荷传输层的结合能（理论计算）；（d）J-V扫描曲线；（e）长期运行稳定性结果
在国家自然科学基金项目（批准号：52203208、52325310、52272179、52303335）等资助下，北京大学物理学院现代光学研究所龚旗煌院士、朱瑞教授研究团队在钙钛矿太阳能电池的埋底界面研究中取得进展，相关研究成果以“协调钙钛矿太阳能电池界面分子双边键强度（Harmonizing the bilateral bond strength of the interfacial molecule in perovskite solar cells）”为题，于2024年9月16日在线发表于《自然?能源》（Nature Energy）杂志上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41560-024-01642-3。
钙钛矿太阳能电池作为一种新型光伏技术，有望为“双碳”目标的实现提供可行的技术路径。然而，在基底与钙钛矿层之间的埋底界面易于富集缺陷，从而对钙钛矿太阳能电池的性能造成严重破坏。通常，在电池埋底界面处引入界面修饰分子，可有效调控和改善埋底界面，提升电池性能。为发挥优化调控作用，界面分子需与钙钛矿成分发生强相互作用/反应，但过强的相互作用/反应可能导致界面分子不可控地插入到钙钛矿层中，最终引起电池性能的下降。
针对这一关键问题，研究团队创新提出了一种界面分子双侧竞争策略，巧妙利用界面分子与两侧功能层相互作用的竞争关系，实现埋底界面的优化调控。以正式结构钙钛矿太阳能电池为例，研究团队选取2,2’-氧双(乙胺)作为界面分子，并将其引入到底部金属氧化物电子传输层和钙钛矿层之间的埋底界面处。通过对电子传输层进行碳酸锂掺杂来调控其电子结构，以此增强其与界面分子之间的键合。相应地，界面分子与另一侧钙钛矿层之间的键合则随即减弱，从而显著抑制了界面分子向钙钛矿层中的不可控插入。
该策略可最大化实现界面分子的功能性，从而将钙钛矿太阳能电池的光电转换效率提升至26.5%以上（中国计量院认证值为26.31%）。此外，这一策略还可有效稳定FAPbI3的光活性相，显著增强钙钛矿太阳能电池在湿、热和光老化条件下的稳定性。该工作为正式结构钙钛矿太阳能电池的埋底界面调控研究提供了新视角，为其它结构钙钛矿太阳能电池的界面调制提供了重要参考。
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