我科研团队发现提高全钙钛矿叠层太阳能电池效率新途径

来源：科技日报 时间：2023-11-13 15:26

　　

　　北京时间11月9日凌晨，《自然》杂志在线发表了武汉大学物理科学与技术学院柯维俊教授、方国家教授团队关于全钙钛矿叠层太阳能电池的最新研究成果。该团队开发了一种采用同一分子处理的一体化掺杂策略，提升太阳能电池综合性能。

　　新型金属卤化物钙钛矿是一种分子通式为ABX3的晶体材料，具有制备工艺简单、缺陷容忍度高、吸收系数高、载流子扩散长度长等优点，在光电子器件领域备受关注，被认为是下一代最具前景的光伏材料之一。

　　其中，单节钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经与传统硅基电池相当，但要进一步提升其效率将越来越困难。全钙钛矿叠层电池可以突破单结太阳能电池的肖克利-奎伊瑟效率极限，理论效率可达44%，性能还有非常大的提升空间。

　　据介绍，全钙钛矿叠层电池由顶部的宽带隙钙钛矿子电池和底部的窄带隙钙钛矿子电池一体化叠加而成，而其中不够优异的窄带隙钙钛矿子电池是其未来实现商业化应用的绊脚石之一，也是该领域的共性挑战问题。

　　基于此，方国家、柯维俊团队通过天冬氨酸盐一体化掺杂策略，同时提高了窄带隙钙钛矿子电池的效率和稳定性，实现了稳态效率27.62%（第三方权威认证效率27.34%）。这是目前两端全钙钛矿叠层电池的世界最高效率之一。

　　在这项研究中，上述研究团队巧妙地将天冬氨酸盐(AspCl)引入到底部空穴传输层、钙钛矿体吸光层、和上界面层中，开发了一种采用同一分子处理的一体化掺杂策略。

　　研究发现AspCl-SnI2和AspCl-PbI2具有很低的形成能，有利于形成中间体或者络合物，极大地改善了钙钛矿薄膜的质量。除了与钙钛矿前驱体配位外，AspCl分子还具有很强的分子间氢键，富集在钙钛矿上、下界面处的AspCl还可充当钙钛矿层和传输层界面之间的分子锁，进一步提升钙钛矿材料的性能和稳定性。

　　此外，如何抑制窄带隙钙钛矿中不稳定性的二价锡金属离子的自发氧化，也是行业痛点之一。

　　研究结果表明，AspCl可以有效抑制二价锡氧化，并减少有害的四价锡杂质。进一步研究还表明，AspCl的引入可以钝化钙钛矿材料的缺陷，调节费米能级，抑制有害的离子迁移等，从而加强器件的性能和稳定性。这种简易的一体化掺杂策略实现一举多能，为窄带隙钙钛矿及全钙钛矿叠层太阳能电池的性能提升提供一个极有前景的方法，有望促进其他光电领域发展。（吴纯新 吴江龙）

　　责任编辑：高慧君

　　校对：吴苏灵