中國粉體網(wǎng)訊 鈣鈦礦太陽能電池被認為是未來最具潛力的光伏技術(shù)之一。過去十多年，高光電轉(zhuǎn)換效率的鈣鈦礦電池大多采用n－i－p正型器件結(jié)構(gòu)，但處于電池頂層的常用p型有機小分子Spiro－OMeTAD存在易吸水與熱穩(wěn)定性較差等問題，制約了鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性的發(fā)展。反型結(jié)構(gòu)（p－i－n）鈣鈦礦太陽能電池采用穩(wěn)定的n型金屬氧化物如SnO2和低載流子復(fù)合損失的p型自組裝分子（SAM）分別作為電子和空穴傳輸層，可兼得器件的效率和穩(wěn)定性，近年來備受關(guān)注。然而，厚度僅為幾納米的SAM層存在大面積均勻生長困難的挑戰(zhàn)，影響鈣鈦礦電池的重復(fù)性和高效大面積化發(fā)展。
圖1． （A－C）NiOx納米顆粒同質(zhì)化前后的高分辨透射電子顯微鏡照片以及尺寸分布情況比較；（D－F）自組裝分子層（SAM： Me－4PACz）在透明導(dǎo)電襯底FTO、FTO／NiOx以及FTO／同質(zhì)化NiOx上的表面電勢分布情況。
圖2． （A－B）采用不同空穴傳輸層構(gòu)建的反型鈣鈦礦太陽能電池的電流－電壓曲線以及相關(guān)電池正向／反向掃描的電流－電壓曲線；（C）面積為14.65平方厘米的鈣鈦礦電池模組的電流－電壓曲線，插圖為模組電池實物照片；（D）未封裝的小面積電池在最大功率輸出點的穩(wěn)定性追蹤測試，樣品表面溫度為50攝氏度。
近期，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員游經(jīng)碧帶領(lǐng)的團隊，在p－i－n反型結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池的p型空穴傳輸層設(shè)計和可控生長等方面取得了重要進展。該團隊創(chuàng)新性地在透明導(dǎo)電襯底FTO和SAM層之間引入溶液法制備的p型氧化鎳（NiOx）納米顆粒，顯著增強了SAM的自組裝能力。同時，研究通過同質(zhì)化NiOx納米顆粒，實現(xiàn)了在均勻致密NiOx薄膜表面上SAM的大面積均勻可控制備（圖1），有效解決了此前分子直接在透明導(dǎo)電襯底上組裝不完美導(dǎo)致的缺陷復(fù)合和電荷輸運損失的問題。基于高質(zhì)量NiOx／SAM復(fù)合空穴傳輸層，游經(jīng)碧團隊研制出認證效率為25.2％（0.074平方厘米）和模組效率為21％（14.6平方厘米）的反型鈣鈦礦太陽能電池。電池在無封裝條件下，經(jīng)過最大功率輸出點持續(xù)運行1000小時以及85攝氏度加速老化500小時，均保持初始效率85％以上（圖2）。該工作為高效穩(wěn)定鈣鈦礦電池的研究提供了普適的策略，將為鈣鈦礦電池高良品率大面積制備及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
相關(guān)研究成果以Homogenized NiOx nanoparticles for improved hole transport in inverted perovskite solar cells為題，以first release形式，在線發(fā)表在《科學(xué)》（Science）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家杰出青年科學(xué)基金、中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團隊計劃等的支持。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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