全钙钛矿叠层太阳电池有了新进展

近日，厦门大学唐卫华教授团队与四川大学、南京理工大学、德国波茨坦大学以及瑞士联邦材料科学与技术研究所（Empa）合作，报道了1 cm2全钙钛矿叠层太阳电池的最新研究进展，相关成果All-perovskite tandem 1 cm2 cells with improved interface quality发表于国际顶级期刊Nature。

钙钛矿/钙钛矿（全钙钛矿）叠层太阳电池因制备成本低并有望突破单结太阳电池的肖克利-奎伊瑟理论效率极限而备受关注。作为其重要组成部分的宽带隙钙钛矿子电池仍然存在亟待解决的基础科学与关键技术问题，如界面缺陷引起的开路电压（VOC）和填充因子（FF）损失，特别是在较大面积的电池上，这些问题尤为显著，严重制约大面积宽带隙钙钛矿和叠层电池的发展。开发合适的方法和电荷传输材料改善宽带隙钙钛矿子电池的界面质量对于提升叠层器件的效率及稳定性意义重大。

该研究基于共轭拓展及锚定策略开发了一种具有膦酸基的自组装单分子层（SAM，即4PADCB）作为空穴传输材料，该材料由唐卫华教授课题组设计合成。独特的空间扭曲结构赋予SAM分子良好的成膜性及表面浸润性，有利于大面积高质量宽带隙钙钛矿薄膜的生长；同时，拓展的共轭范围及有序的分子排列增强了界面电荷抽取与输运，大幅抑制了宽带隙钙钛矿太阳电池中界面处载流子非辐射复合损失。这些优点大幅提高了宽带隙电池的VOC和FF，并显著改善了器件的工作稳定性。通过优化，宽带隙钙钛矿电池（孔径面积1.044 cm2）的最高效率达到18.46%。基于该宽带隙子电池的全钙钛矿叠层电池获得了经日本电气安全环境研究所（JET）认证的世界纪录效率26.4%（该效率被业内权威“Solar cell efficiency tables”收录）。

此外，该工作采用多种先进的表征手段，深入地探究和分析了宽带隙子电池及全钙钛矿叠层器件性能提升的物理机制，为大面积宽带隙钙钛矿及全钙钛矿叠层太阳电池的效率和稳定性提升提供了深刻的见解，也为新型、高效空穴传输材料的设计提供了新思路。