高效钙钛矿-有机叠层太阳电池研究取得重要进展

中国日报10月18日电（记者 闫东洁）太阳能电池作为将太阳能转化为电能的关键技术，一直是清洁能源领域研究和应用的热点。其中，以钙钛矿太阳电池和有机太阳电池为代表的新一代可溶液印刷制造的太阳能电池，具有易制备、重量轻、以及可制备成柔性器件等优点，将与当前大规模商业化应用的晶硅太阳能电池应用领域互补，在便携式能源、建筑光伏一体化、室内光伏等领域具有重要应用前景。近几年，其能量转化效率也得到了快速的提升。然而，钙钛矿太阳能电池和有机太阳能电池均存在一定的稳定性问题。

钙钛矿/有机叠层太阳能电池作为一种新兴的叠层太阳能电池技术而备受关注。该新型叠层太阳能电池结构在有效提升效率的同时可以大幅提升器件稳定性。在钙钛矿/有机叠层太阳能电池中，采用宽带隙钙钛矿材料作为顶电池吸收短波长太阳光，采用窄带隙有机活性层作为底电池吸收近红外长波长太阳光，大幅拓宽可利用太阳光谱范围并降低能量损失。

同时，钙钛矿子电池可以过滤高能量光子以保护有机活性层、防止其光降解；有机子电池可以作为封装层隔绝水氧，提升环境稳定性，同时叠层太阳能电池的中间透明电极层还可以缓解钙钛矿顶电池负极处离子扩散等问题，从而使钙钛矿-有机叠层太阳能电池的稳定性优于单结钙钛矿和单结有机太阳能电池。另外，钙钛矿/有机叠层太阳能电池也保留了可溶液制备太阳能电池的本征优势。

开路电压的提升是提高钙钛矿/有机叠层太阳能电池效率的关键因素。在钙钛矿太阳能电池中，宽带隙钙钛矿吸光层与C60电子传输层界面处经常存在严重的界面复合，表面态诱导的导带费米能级钉扎效应会造成电压损失。为降低界面处的电压损失从而提升太阳能电池效率，钝化宽带隙钙钛矿吸光层与C60电子传输层的界面是一种有效的策略。

中国科学院化学研究所、北京分子科学国家研究中心李永舫/孟磊团队与德国波茨坦大学Felix Lang教授等合作，在钙钛矿/有机叠层太阳能电池领域取得了重要进展。团队研究了具有顺反异构特性的1,4-环己二胺分子对于宽带隙钙钛矿表面的钝化机制，系统性地揭示了两种顺反异构的钝化剂分子所导致的钙钛矿表面结构差异，最终筛选出拥有优势构型的顺式钝化分子（cis-CyDAI2）。通过对光致发光量子产率和准费米能级分裂的深入研究，发现cis-CyDAI2处理的钙钛矿薄膜具有更低的能量损失和更高的理论开路电压。钝化处理后的宽带隙钙钛矿（>1.8 eV）与电子传输层的界面复合大幅降低，实现了开路电压达到1.36 V、光电转化效率大于18%的宽带隙钙钛矿太阳能电池。团队进一步将宽带隙钙钛矿太阳能电池与有机太阳能电池结合构建了钙钛矿/有机叠层太阳能电池，实现了26.4%的光电转化效率（经第三方认证为25.7%）。

该成果为目前报导的这类叠层太阳能电池的最高效率，为宽带隙钙钛矿太阳能电池降低电压损失提供了全新思路，将有力促进钙钛矿/有机叠层太阳电池的发展。

相关研究成果在国际顶级期刊《自然》发表（Nature, 2024, DOI: 10.1038/s41586-024-08160-y）。

来源：中国日报网