光电转换效率超26%，北大团队提出钙钛矿太阳能电池埋底界面优化新策略

光电转换效率超26%，北大团队提出钙钛矿太阳能电池埋底界面优化新策略

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https://new.qq.com/rain/a/20240930A06J1C00

北京大学团队在钙钛矿太阳能电池研究领域取得重要突破，实现了光电转换效率超过26.5%的高性能电池。该团队通过引入2,2’-氧双(乙胺)分子并创新调控其与两侧功能层成键关系，优化了钙钛矿太阳能电池的埋底界面，为推动清洁能源发展和实现碳中和目标提供了新的技术路径。

钙钛矿太阳能电池因其高效率和低成本等独特优势，近年来成为光伏领域的研究热点。然而，其稳定性和效率问题一直是影响大规模商业化应用的主要障碍。特别是钙钛矿薄膜的多晶性和多层结构导致的界面问题，严重影响了电池性能。

针对这一挑战，北京大学团队早在2019年就开始关注钙钛矿太阳能电池埋底界面的认知和调控问题。近期，该团队通过引入2,2’-氧双(乙胺)（BAE）分子并创新调控其与两侧功能层成键关系，成功实现了对钙钛矿太阳能电池埋底界面的优化，有效抑制了BAE分子向钙钛矿层的不可控插入，显著提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。

图｜相关论文（来源：Nature Energy）

研究团队在实验中发现，BAE分子在SnOx表面呈现出强结合，而在TiOx表面的结合则相对较弱。这种较弱的结合不足以阻止BAE分子在钙钛矿成膜过程中或电池长期运行期间不可控地插入到钙钛矿层中。为解决这一问题，团队巧妙地利用界面分子与两侧功能层相互作用的竞争关系，提出了一种新的界面调控策略。即通过在TiOx电子传输层中掺杂碳酸锂（Li2CO3）来调控其电子结构，达到显著增强BAE分子与TiOx键合的目的，BAE分子与另一侧钙钛矿层之间的键合则相应减弱。

图｜赵丽宸（来源：赵丽宸）

通过这一创新调控方法，BAE分子的调控作用得以最大程度地发挥，成功将正式结构钙钛矿太阳能电池的光电转换效率显著提升至26.5%以上（中国计量院认证值为26.31%），钙钛矿太阳能电池在湿、热和光老化条件下的长期稳定性也相应提高。

这一研究不仅为钙钛矿太阳能电池性能提升提供了新方法，也为其它钙钛矿光电器件的界面研究提供了新视角。审稿人对该研究评价称：“作者（们）提出了一种有效的协调策略，为修饰界面带来独特而有趣的视角，并基于此实现了稳定性增强的高效钙钛矿太阳能电池。”

随着钙钛矿太阳能电池逐渐向商业化迈进，大面积制备技术成为必须攻克的难题，而在此过程中，界面稳定性和均匀性问题将变得尤为突出。该团队认为，如何通过界面调控技术，保证大面积钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性，将是未来研究的重要方向之一。他们计划继续开展更深入的界面研究，探索开发更多的界面分子及界面调控技术，以期进一步提升钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性，并推动其向实际应用的转化，为实现清洁能源的广泛应用和全球碳中和目标贡献力量。

参考文献：

1. Qiuyang Li , Hong Liu , et al. Harmonizing the bilateral bond strength of the interfacial molecule in perovskite solar cells. Nature Energy (2024). https://doi.org/10.1038/s41560-024-01642-3
2. Xiaoyu Yang, Deying Luo, Yuren Xiang, et al. Buried interfaces in halide perovskite photovoltaics. Advanced Materials 33, 2006435 (2021). https://doi.org/10.1002/adma.202006435
3. Lichen Zhao, Pengyi Tang et al. Enabling full-scale grain boundary mitigation in polycrystalline perovskite solids. Science Advances 8, eabo3733 (2022). https://doi.org/10.1126/sciadv.abo3733