??近日，南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院譚海仁教授課題組在界面鈍化技術(shù)制備高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池方向取得新進(jìn)展，相關(guān)成果以“Simultaneous Contact and Grain-Boundary Passivation in Planar Perovskite Solar Cells Using SnO2-KCl Composite Electron Transport Layer ”為題于12月05日在線發(fā)表于《Advanced Energy Materials》（https://doi.org/10.1002/aenm.201903083）。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，是利用有機(jī)無(wú)機(jī)雜化金屬鹵化物鈣鈦礦材料作為吸光層的新型太陽(yáng)能電池，具有低成本，易制備，高性能等顯著優(yōu)勢(shì)，是目前國(guó)際上研究的熱點(diǎn)。鈣鈦礦電池的光電轉(zhuǎn)化效率發(fā)展迅速，由2009年的3.8% 提升到2019年的25.2%，在光伏領(lǐng)域具有極大的競(jìng)爭(zhēng)潛能。盡管效率已超過(guò)25%，但相較于其理論極限（S-Q 極限），鈣鈦礦電池依然有一定的差距，尤其是在開路電壓方面。效率的損耗與鈣鈦礦電池中存在的缺陷密切相關(guān)，這些缺陷增加了非輻射復(fù)合的占比，降低了載流子的利用率。經(jīng)研究表明，電池中的缺陷多集中在鈣鈦礦材料的晶界以及與傳輸層材料的接觸界面上。因此，合理地利用鈍化技術(shù)減少缺陷有利于電池性能的進(jìn)一步提升。

在n-i-p結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦電池中，現(xiàn)有工作多集中于鈍化鈣鈦礦層與空穴傳輸層接觸的頂界面，因?yàn)樾靠昭▊鬏攲拥乃x溶劑與鈍化層相匹配，破壞較小可行性高。相對(duì)地，由于鈣鈦礦所采用的極性溶劑與鈍化層的不匹配性，底層界面（即鈣鈦礦層與電子傳輸層的界面）的鈍化技術(shù)相關(guān)研究較少。

針對(duì)這一問(wèn)題，譚海仁課題組借鑒了前期相關(guān)工作基礎(chǔ)（DOI: 10.1126/science.aai9081），將穩(wěn)定的無(wú)機(jī)物氯化鉀加入到電子傳輸層二氧化錫納米晶中。留于電子傳輸層表面的鉀離子和氯離子可以鈍化該界面，減小缺陷態(tài)導(dǎo)致的非輻射復(fù)合，提高載流子的抽取能力。同時(shí)，存于電子傳輸層表面的鉀離子在上層鈣鈦礦薄膜的旋涂與退火的過(guò)程中，能夠部分地?cái)U(kuò)散至鈣鈦礦膜層中，并聚集于鈣鈦礦晶界處。此處的鉀離子可以顯著降低缺陷密度，提升輻射復(fù)合的比例。由于非輻射復(fù)合的抑制以及更高效的載流子抽取能力，該策略將電池的開路電壓由最初的1.077V 提升到1.137V，電池效率從20.2% 提升到22.2% （如圖一所示）。

圖1，（a）鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)及鈍化策略示意圖；（b）鈍化與未鈍化電池的電流-電壓曲線對(duì)比。

該方法能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦電池底層界面以及晶界處缺陷的鈍化，簡(jiǎn)單易行，適用于大規(guī)模的生產(chǎn)制備，可為進(jìn)一步提高鈣鈦礦電池效率提供有效指導(dǎo)。南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院15級(jí)直博生朱鵬臣和17級(jí)博士研究生顧帥為本文的共同第一作者，南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院譚海仁教授為本文的通訊作者。本工作得到了南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院朱嘉教授、電子科學(xué)與工程學(xué)院黎松林教授的合作指導(dǎo)；該工作還得到了科技部國(guó)家重點(diǎn)研究計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金和固體微結(jié)構(gòu)物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、江蘇省功能材料設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。