中國日報10月18日電（記者 閆東潔）太陽能電池作為將太陽能轉化為電能的關鍵技術，一直是清潔能源領域研究和應用的熱點。其中，以鈣鈦礦太陽電池和有機太陽電池為代表的新一代可溶液印刷製造的太陽能電池，具有易製備、重量輕、以及可製備成柔性器件等優點，將與當前大規模商業化應用的晶矽太陽能電池應用領域互補，在可攜式能源、建築光伏一體化、室內光伏等領域具有重要應用前景。近幾年，其能量轉化效率也得到了快速的提升。然而，鈣鈦礦太陽能電池和有機太陽能電池均存在一定的穩定性問題。
鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池作為一種新興的疊層太陽能電池技術而備受關注。該新型疊層太陽能電池結構在有效提升效率的同時可以大幅提升器件穩定性。在鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池中，採用寬頻隙鈣鈦礦材料作為頂電池吸收短波長太陽光，採用窄帶隙有機活性層作為底電池吸收近紅外長波長太陽光，大幅拓寬可利用太陽光譜範圍並降低能量損失。
同時，鈣鈦礦子電池可以過濾高能量光子以保護有機活性層、防止其光降解；有機子電池可以作為封裝層隔絕水氧，提升環境穩定性，同時疊層太陽能電池的中間透明電極層還可以緩解鈣鈦礦頂電池負極處離子擴散等問題，從而使鈣鈦礦-有機疊層太陽能電池的穩定性優於單結鈣鈦礦和單結有機太陽能電池。另外，鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池也保留了可溶液製備太陽能電池的本徵優勢。
開路電壓的提升是提高鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池效率的關鍵因素。在鈣鈦礦太陽能電池中，寬頻隙鈣鈦礦吸光層與C60電子傳輸層介面處經常存在嚴重的介面復合，表面態誘導的導帶費米能級釘扎效應會造成電壓損失。為降低介面處的電壓損失從而提升太陽能電池效率，鈍化寬頻隙鈣鈦礦吸光層與C60電子傳輸層的介面是一種有效的策略。
中國科學院化學研究所、北京分子科學國家研究中心李永舫/孟磊團隊與德國波茨坦大學Felix Lang教授等合作，在鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池領域取得了重要進展。團隊研究了具有順反異構特性的1,4-環己二胺分子對於寬頻隙鈣鈦礦表面的鈍化機制，系統性地揭示了兩種順反異構的鈍化劑分子所導致的鈣鈦礦表面結構差異，最終篩選出擁有優勢構型的順式鈍化分子（cis-CyDAI2）。通過對光致發光量子產率和准費米能級分裂的深入研究，發現cis-CyDAI2處理的鈣鈦礦薄膜具有更低的能量損失和更高的理論開路電壓。鈍化處理後的寬頻隙鈣鈦礦（>1.8 eV）與電子傳輸層的介面復合大幅降低，實現了開路電壓達到1.36 V、光電轉化效率大於18%的寬頻隙鈣鈦礦太陽能電池。團隊進一步將寬頻隙鈣鈦礦太陽能電池與有機太陽能電池結合構建了鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池，實現了26.4%的光電轉化效率（經第三方認證為25.7%）。
該成果為目前報導的這類疊層太陽能電池的最高效率，為寬頻隙鈣鈦礦太陽能電池降低電壓損失提供了全新思路，將有力促進鈣鈦礦/有機疊層太陽電池的發展。
相關研究成果在國際頂級期刊《自然》發表（Nature, 2024, DOI: 10.1038/s41586-024-08160-y）。
來源：中國日報網