金屬鹵化物鈣鈦礦太陽電池因其低成本、高效率的優(yōu)勢，獲得了廣泛的關(guān)注。然而，其使用壽命較短成為實(shí)用化的瓶頸。埋底界面是鈣鈦礦太陽電池受光面，持續(xù)光照下易遭到破壞。此外，埋底界面也會(huì)影響鈣鈦礦的晶體質(zhì)量。因此，構(gòu)筑高效且穩(wěn)定的埋底異質(zhì)結(jié)是實(shí)現(xiàn)長期快速電荷抽取的關(guān)鍵。

近日，王言博、韓禮元教授在國際高水平期刊Advanced Energy Materials發(fā)表了鈣鈦礦太陽電池穩(wěn)定性的最新進(jìn)展。王言博和韓禮元教授為論文的通訊作者，博士生張才益為第一作者。

該工作觀測到反式鈣鈦礦器件在持續(xù)光照下，其埋底界面會(huì)優(yōu)先出現(xiàn)孔洞，從而誘發(fā)整體器件的降解。這一問題主要是由于鈣鈦礦下界面存在大量未配位碘離子，在強(qiáng)光照下易捕獲光生空穴，生成碘單質(zhì)。為解決這一問題，團(tuán)隊(duì)在埋底界面引入多種鹵代苯甲酸分子。苯甲酸分子的羧基可與氧化鎳空穴傳輸層表面羥基配位，鈍化空穴傳輸層的同時(shí)，使得小分子牢固錨定在空穴傳輸層上。另一側(cè)的鹵素原子則可與未配位的碘離子形成鹵鍵，其中4-碘-2，3，5，6-四氟苯甲酸分子形成的鹵鍵最強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了未配位碘離子的高效鈍化，抑制了碘單質(zhì)的生成。此外，高定向的鹵鍵可有效誘導(dǎo)鈣鈦礦晶體的取向生長，加速器件內(nèi)部載流子輸運(yùn)。最終，基于該高效穩(wěn)定的埋底異質(zhì)結(jié)，封裝器件在持續(xù)的1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光照下1000小時(shí)后仍保持初始效率的91.86%，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到22%以上。

該項(xiàng)成果為鈣鈦礦太陽電池穩(wěn)定異質(zhì)結(jié)的構(gòu)筑提供了新的思路，對(duì)于推進(jìn)鈣鈦礦太陽電池穩(wěn)定性發(fā)展具有重要意義。

圖1 穩(wěn)定異質(zhì)結(jié)構(gòu)筑示意圖與鹵鍵表征

圖2 光照條件下埋底界面降解的觀測與穩(wěn)定異質(zhì)結(jié)的效果

圖3 鹵鍵對(duì)鈣鈦礦晶體取向的影響

圖4 反式鈣鈦礦太陽電池的性能

審核編輯：郭婷