鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)的認(rèn)證功率轉(zhuǎn)換效率(PCEs)在小面積單結(jié)電池中超過25%，鈣鈦礦硅串聯(lián)電池超過29%。然而，各種刺激引起的降解仍然是PSC商業(yè)化的一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。PSCs的降解從界面開始，包括鈣鈦礦-金屬電極和鈣鈦礦-襯底，缺陷都在這些界面中富集。然而，大多數(shù)研究工作集中在通過表面鈍化或加工后處理來穩(wěn)定鈣鈦礦-金屬電極界面。而鈣鈦礦-襯底界面的研究較少，部分原因是掃描電子顯微鏡(SEM)或原子力顯微鏡(AFM)等形貌表征方法難以對(duì)其進(jìn)行研究。然而，穩(wěn)定嵌入的底部界面與穩(wěn)定嵌入的頂部界面同樣重要。

陷阱密度剖面顯示，靠近襯底一側(cè)的鈣鈦礦層具有更高的缺陷濃度，特別是深電荷陷阱。高分辨TEM也顯示在該界面上的鈣鈦礦含有非晶態(tài)區(qū)域或具有較大界面面積的納米晶體。光從鈣鈦礦基板界面入射，也使其更容易降解。

北卡羅來納大學(xué)教堂山分校黃勁松等人在Science發(fā)表文章Stabilizing perovskite-substrate interfaces for high-performance perovskite modules，研究了鈣鈦礦-襯底界面的穩(wěn)定性。

二甲基亞砜(DMSO)是一種廣泛應(yīng)用于增強(qiáng)鈣鈦礦薄膜形貌的液體添加劑。然而，在這項(xiàng)工作中，作者發(fā)現(xiàn)，通過從襯底上剝離不同成分的葉片狀和紡絲狀鈣鈦礦薄膜，在鈣鈦礦-襯底界面上發(fā)現(xiàn)了高密度的空隙，這些孔洞周圍的鈣鈦礦在光照下降解更快，這些空隙的形成與鈣鈦礦膜底部附近的非揮發(fā)性二甲基亞砜(DMSO)有關(guān)。作者用固體碳酰肼配位添加劑(CBH)部分取代DMSO，減少了界面空隙的形成，產(chǎn)生了葉片包覆的p型/本征/n型(p-i-n)結(jié)構(gòu)的PSCs。在60°C下進(jìn)行550小時(shí)的運(yùn)行穩(wěn)定性測(cè)試后，葉片涂層p-i-n結(jié)構(gòu)PSCs實(shí)現(xiàn)了23.6%的最大穩(wěn)定功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)，且無效率損失。由國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)認(rèn)證，鈣鈦礦微型模塊的認(rèn)證的轉(zhuǎn)換效率分別為19.3和19.2%，面積分別為18.1和50.0平方厘米。

此外，減少的界面空隙和鈣鈦礦膜中的CBH殘留物穩(wěn)定了PSCs，提高了高效鈣鈦礦組件的收率。

圖1. 通過剝離ITO玻璃基板上的鈣鈦礦膜來研究鈣鈦礦-襯底界面的形貌

圖2. 鈣鈦礦薄膜的表征

圖3. PSCs的光伏性能

圖4. 鈣鈦礦微型組件的光伏性能

黃勁松，美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校教授。在UCLA楊陽老師課題組讀博士，于2007年獲得加州大學(xué)洛杉磯分校材料科學(xué)與工程博士學(xué)位。其后在美國Agiltron公司先后以研究科學(xué)家、資深研究科學(xué)家身份工作2 年。于2009 年就職于內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校，2014年提前破格提升副教授，2016年破格提升教授。當(dāng)前，他是該校Susan J. Rosowski講座教授、材料工程博士學(xué)科主席以及William E. Brooks Engineering領(lǐng)導(dǎo)小組成員。黃勁松博士在有機(jī)薄膜太陽能電池（有機(jī)-無機(jī)鉛鹵化物鈣鈦礦太陽能電池）、光電探測(cè)器領(lǐng)域取得了舉世矚目的突出科研成績。

值得說明的是，前兩天發(fā)表鈣鈦礦Science的北京理工大學(xué)陳棋教授和北京大學(xué)周歡萍特聘研究員也都是來自楊陽教授門下，不愧是名師出高徒！

Stabilizing perovskite-substrate interfaces for high-performance perovskite modules. Science 373 (6557), 902-907.

https://science.sciencemag.org/content/373/6557/902