【儀表網 研發快訊】鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)因其廉價的材料成本、易于制備大面積器件以及較高的光電轉換效率等優點受到了廣泛關注。但是鈣鈦礦的溶液加工和低形成能不可避免地導致在鈣鈦礦層的體內和界面上形成大量缺陷。這些缺陷可作為非輻射復合中心，嚴重阻礙載流子的傳輸。這最終導致開路電壓大幅下降，尤其是在倒置PSCs中的鈣鈦礦與電子傳輸層之間的界面處，因此，鈍化這些缺陷對實現高效穩定的PSCs至關重要。
針對以上問題，上海高研院魯林峰、冀曉霏團隊聯合香港城市大學Alex K.-Y. Jen教授和付強博士，開發了一種簡便高效的策略，通過在原子層沉積(ALD)技術在鈣鈦礦表面制備超薄氧化鋁(AlOx)層來精確調節鈣鈦礦表面缺陷。研究成果以“Multifunctional Buffer Layer Engineering for Efficient and Stable Wide-Bandgap Perovskite and Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells”為題發表在Angewandte Chemie International Edition上。
研究發現，Al3+離子滲入鈣鈦礦層并與鹵化離子相互作用。這種處理方法有助于實現更好的能級匹配、抑制離子遷移并同時將界面載流子損耗降至最低。此外，這種致密夾層的自封裝效應可以抑制高溫下的揮發性離子溢出，提高器件光穩定性和熱穩定性。因此，ALD-AlOx修飾可將寬帶隙PSCs的光電轉換效率從19.32%顯著提高到21.80%。更重要的是，使用AlOx修飾的鈣鈦礦/晶硅疊層太陽電池效率達到了28.50%，且具有良好的穩定性。在此基礎上制備的1.55-eV PSC和模組的效率也分別達到了25.08%(0.04 cm2)和21.01%(15.5 cm2)，證明了該策略的通用性。
圖1 通過ALD-AlOx調節鈣鈦礦表面示意圖。
該工作為制備高效、穩定的寬帶隙鈣鈦礦及鈣鈦礦/硅疊層電池提供了有效途徑。論文的第一作者為上海高研院助理研究員冀曉霏博士、研究生丁怡安(共同一作)和香港城市大學博士研究生畢樂雨(共同一作)。上海高研院魯林峰副研究員與助理研究員冀曉霏博士和香港城市大學Alex Jen教授與付強博士為該論文的通訊作者。該研究得到山西省科技廳、香港城市大學APRC、香港創新科技署科技支援計劃及香港環境及生態局綠色科技基金等項目的支持。
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