刷新效率！我国科学家在新一代太阳能电池研究方面取得新进展

  随着对清洁能源需求的日益增长，太阳能电池作为将太阳能转化为电能的关键技术，一直是科学研究的热点。

  近日，中国科学院化学研究所李永舫/孟磊研究团队，在高效钙钛矿-有机叠层太阳电池研究方面取得重要进展，该成果文章于北京时间10月14日23:00在国际学术期刊《自然》上线。

  新一代太阳能电池的创新机制

  太阳能电池作为可再生能源的重要组成部分，其技术的发展直接关系到清洁能源的利用效率。目前，市场上主流的晶硅太阳能电池虽然技术成熟，但制备过程复杂，限制了其在某些特定领域的应用。

  相比之下，以钙钛矿太阳电池和有机太阳电池为代表的新一代可溶液印刷制造的太阳能电池，具有易制备、重量轻、以及可制备成柔性器件等优点，将与当前大规模商业化应用的晶硅太阳能电池应用领域互补，在便携式能源、建筑光伏一体化、室内光伏等领域具有重要应用前景。

  近几年，其能量转化效率也得到了快速的提升。然而，钙钛矿太阳能电池和有机太阳能电池均存在一定的稳定性问题。

  为了克服这些难题，科学家们提出了钙钛矿/有机叠层太阳能电池的概念。这一新型叠层太阳能电池结构在有效提升效率的同时可以大幅提升器件稳定性。

  钙钛矿/有机叠层太阳能电池的核心在于其独特的叠层结构和材料选择。顶电池采用宽带隙的钙钛矿材料，主要吸收短波长太阳光；底电池则采用窄带隙的有机活性层，吸收近红外长波长太阳光。这种设计大幅拓宽可利用太阳光谱范围并降低能量损失。

  同时，钙钛矿子电池可以过滤高能量光子以保护有机活性层、防止其光降解；有机子电池可以作为封装层隔绝水氧，提升环境稳定性，同时叠层太阳能电池的中间透明电极层还可以缓解钙钛矿顶电池负极处离子扩散等问题，从而使钙钛矿-有机叠层太阳能电池的稳定性优于单结钙钛矿和单结有机太阳能电池。另外，钙钛矿/有机叠层太阳能电池也保留了可溶液制备太阳能电池的本征优势。

  钝化新机制：提升开路电压的关键突破

  开路电压的提升是提高钙钛矿/有机叠层太阳能电池效率的关键因素。

  李永舫/孟磊团队研究发现，宽带隙钙钛矿吸光层与C60电子传输层界面处存在严重的界面复合，这会导致电压损失。

  为了降低这种损失，团队研究了具有顺反异构特性的1,4-环己二胺分子对宽带隙钙钛矿表面的钝化机制。通过系统性地揭示两种顺反异构钝化剂分子所导致的钙钛矿表面结构差异，团队最终筛选出了拥有优势构型的顺式钝化分子（cis-CyDAI2）。

  实验结果显示，经过cis-CyDAI2处理的钙钛矿薄膜具有更低的能量损失和更高的理论开路电压。钝化处理后的宽带隙钙钛矿与电子传输层的界面复合大幅降低，实现了开路电压达到1.36 V、光电转化效率大于18%的宽带隙钙钛矿太阳能电池。这一钝化新机制为构建高效钙钛矿/有机叠层太阳能电池奠定了基础，也是提升开路电压的关键突破。

  团队进一步将宽带隙钙钛矿太阳能电池与有机太阳能电池结合构建了钙钛矿/有机叠层太阳能电池，实现了26.4%的光电转化效率（经第三方认证为25.7%）。

  该成果为目前报导的这类叠层太阳能电池的最高效率，为宽带隙钙钛矿太阳能电池降低电压损失提供了全新思路，将有力促进钙钛矿/有机叠层太阳电池的发展。（宋雅娟）