【儀表網 研發快訊】鈣鈦礦太陽能電池被認為是未來最具潛力的光伏技術之一。過去十多年，高光電轉換效率的鈣鈦礦電池大多采用n-i-p正型器件結構，但處于電池頂層的常用p型有機小分子Spiro-OMeTAD存在易吸水與熱穩定性較差等問題，制約了鈣鈦礦太陽能電池穩定性的發展。反型結構(p-i-n)鈣鈦礦太陽能電池采用穩定的n型金屬氧化物如SnO2和低載流子復合損失的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定性，近年來備受關注。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，影響鈣鈦礦電池的重復性和高效大面積化發展。
 

　　近期，中國科學院半導體研究所研究員游經碧帶領的團隊，在p-i-n反型結構鈣鈦礦太陽能電池的p型空穴傳輸層設計和可控生長等方面取得了重要進展。該團隊創新性地在透明導電襯底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，研究通過同質化NiOx納米顆粒，實現了在均勻致密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電襯底上組裝不完美導致的缺陷復合和電荷輸運損失的問題。基于高質量NiOx/SAM復合空穴傳輸層，游經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，經過最大功率輸出點持續運行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業化發展奠定基礎。
 

　　相關研究成果以Homogenized NiOx nanoparticles for improved hole transport in inverted perovskite solar cells為題，以first release形式，在線發表在《科學》(Science)上。研究工作得到國家重點研發計劃、國家杰出青年科學基金、中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃等的支持。
 

　　圖1. (A-C)NiOx納米顆粒同質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)在透明導電襯底FTO、FTO/NiOx以及FTO/同質化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建的反型鈣鈦礦太陽能電池的電流-電壓曲線以及相關電池正向/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定性追蹤測試，樣品表面溫度為50攝氏度。