上海高等研究院在鈣鈦礦光伏領域取得進展

　　【儀表網 研發快訊】鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)因其廉價的材料成本、易于制備大面積器件以及較高的光電轉換效率等優點受到了廣泛關注。SnO₂具有高透過率、高電子遷移率、適宜的能級、良好的紫外輻照穩定性和易于低溫加工等特點，是目前n-i-p型PSCs電池常用的電子傳輸材料。然而，其體相和表面的缺陷(氧空位(VO)、懸空羥基(-OH)和不飽和配位金屬原子)容易引起載流子累積和非輻射復合損失。此外，鈣鈦礦中金屬、鹵素和有機離子的配位不足也會引起界面化學反應，使得器件的效率和穩定性惡化。因此，對PSCs埋底界面的優化是實現其高效率和穩定性的關鍵。然而，由于埋底界面的非暴露特性，對其進行研究和優化具有一定的挑戰性。
 

　　鑒于此，上海高等研究院魯林峰團隊助理研究員冀曉霏開發了一種簡單有效的策略，通過在SnO₂納米顆粒中加入草酸甲脒(FOA)來同時抑制SnO₂體相和表面缺陷以及鈣鈦礦埋底界面處FA⁺/Pb²⁺相關缺陷，實現有效的靶向缺陷鈍化。研究成果以“Target Therapy for Buried Interfacial Engineering Enables Stable Perovskite Solar Cells with 25.05% Efficiency”為題發表在Advanced Materials上。
 

　　研究發現，甲脒離子和草酸根離子在SnO₂層中均呈縱向梯度分布，主要聚集在SnO₂/鈣鈦礦埋底界面處，調節鈣鈦礦的晶體生長，降低體相及界面缺陷，改善鈣鈦礦和SnO₂之間的能級匹配。結果表明，FOA處理后的PSCs能量轉換效率從22.40%提高到25.05%，PSCs的存儲穩定性和光穩定性也顯著提升。
 

圖1 FOA調節鈣鈦礦晶體生長，改善界面能級匹配及降低界面缺陷的示意圖
 

　　該研究為靶向治療埋底界面缺陷，改善PSCs性能提供了一種有效途徑。論文的第一作者為高研院助理研究員冀曉霏和香港城市大學博士研究生畢樂雨，論文的通訊作者為南方科技大學郭旭崗教授，香港城市大學Alex Jen教授和付強博士。該研究得到國家自然科學基金，廣東省基礎與應用基礎研究重大專項，深圳市科技創新委員會及山西省科技廳的支持。