武汉大学Nature Energy: 制备高温稳定反式钙钛矿太阳能电池新策略

• 【导读】

反式钙钛矿阳能电池凭借着更加简易的制备工艺，低廉的制备成本等优点吸引了广泛关注。近年来，反式钙钛矿太阳能电池的光电转换效率取得了长足的进步。然而，受限于其较差的稳定性，反式钙钛矿太阳能电池的商业化仍面临较大挑战。如何提升反式钙钛矿太阳能电池的稳定性是目前研究的热点。

• 【成果掠影】

近日，武汉大学王植平教授团队在Nature Energy上发表了新的研究论文，提出一种界面钝化的物理方法，通过在钙钛矿层和电荷抽取层间的界面处引入固定电荷，可以显著降低界面处载流子的复合和电压损失并大幅提升反式钙钛矿太阳能电池的高温稳定性。在本文中，作者首先指明了被广泛应用于钙钛矿太阳能电池电荷抽取层的金属氧化物易导致钙钛矿层的分解，是影响反式钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的主要因素之一。在此基础上，作者采用原子层沉积的方式在钙钛矿层和电荷抽取层间额外沉积一层金属氧化物（AlO_x、SiO_x）从而提供固定电荷，固定电荷引入了内建电场，可以抑制界面处载流子复合，提升光生载流子传输效率。同时，由于引入的氧化物层具有优秀的化学稳定性，可以隔绝外界环境对钙钛矿层的侵蚀。特别的，在NiO_x和钙钛矿层间沉积AlO_x层，可以利用AlO_x的强酸性抑制钙钛矿层的质子化，提升其结构稳定性。实验表明，相对参比器件，利用文中策略所制备的效率为22.5%反式钙钛矿太阳能电池的光电压提升了至少60 mV。值得强调的是，采用固定电荷界面钝化的反式太阳能电池在1 sun照射、温度为85 ^oC下工作2000小时后效率未见损失。

相关研究文章以“Inverted perovskite solar cells with over 2,000 h operational stability at 85 ^oC using fixed charge passivation”为题发表在Nature Energy上。

• 【核心创新点】

本文通过创新性地物理钝化方法抑制了界面处的电荷损失并显著提升了反式钙钛矿太阳能电池的高温稳定性。

• 【数据概览】

图1. 器件性能和载流子动力学。©2023 Springer Nature

图2. 金属氧化物和钙钛矿异质结间的固定电荷。©2023 Springer Nature

图3. 固定电荷对器件性能影响的计算模拟。©2023 Springer Nature

图4. 器件性能表征和长期稳定性测试。©2023 Springer Nature

• 【成果启示】

本项研究为制备高效率、长期稳定的钙钛矿太阳能电池提供了新的思路。该种策略也有望扩展到钙钛矿电致发光二极管领域，利用固定电荷的钝化作用提升二极管的稳定性。

原文详情：Yuanhang Yang, Siyang Cheng, Xueliang Zhu, Sheng Li, Zhuo Zheng, Kai Zhao , Liwei Ji, Ruiming Li, Yong Liu , Chang Liu, Qianqian Lin , Ning Yan, Zhiping Wang. Inverted perovskite solar cells with over 2,000 h operational stability at 85 ^oC using fixed charge passivation, Nature Energy, 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41560-023-01377-7

本文由NSCD供稿。