2 月 8 日消息，有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池作為新一代光伏技術(shù)，其效率已接近晶硅太陽能電池，引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。

影響鈣鈦礦太陽能電池光伏性能與穩(wěn)定性的主要限制因素在于界面處存在大量缺陷。盡管在界面處引入二維（2D）鈣鈦礦材料能有效緩解界面缺陷、抑制非輻射復(fù)合，同時(shí)增強(qiáng)疏水性與熱穩(wěn)定性。然而，在三維（3D）鈣鈦礦層的上表面實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)較為簡單，但構(gòu)建埋底界面的 2D/3D 結(jié)構(gòu)卻困難得多。這是因?yàn)樾纬?2D 鈣鈦礦的配體在后續(xù)上層薄膜沉積過程中極易溶解于 N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亞砜（DMSO）等極性溶劑中。

▲ 氧化錫納米材料鏈段調(diào)控以實(shí)現(xiàn)原位構(gòu)建 2D/3D 異質(zhì)結(jié)原理圖

針對這一難題，中國科學(xué)院青島能源所鈣鈦礦組件技術(shù)研究組基于其在無機(jī)氧化物寬帶隙半導(dǎo)體材料及器件研究的長期積累，通過配體分子表面調(diào)控，開發(fā)了一種調(diào)控氧化錫納米顆粒表面配體作用力以界面處自發(fā)釋放胺類配體形成 2D/3D 異質(zhì)結(jié)的策略。

研究團(tuán)隊(duì)依次將巰基乙酸（TGA）和油胺（OAm）接枝到二氧化錫納米顆粒表面（SnO2–TGA–OAm），TGA 與 OAm 之間的強(qiáng)化學(xué)鍵確保了僅在鈣鈦礦薄膜的熱退火過程中發(fā)生與 FAI 的陽離子交換，從而在鈣鈦礦薄膜底部界面處自發(fā)形成 2D/3D 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。

這種位置可控的 2D/3D 結(jié)構(gòu)加速了鈣鈦礦相的形成，顯著提升鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，使薄膜底層界面的缺陷濃度降低十倍以上。對應(yīng)的鈣鈦礦太陽能電池展現(xiàn)出卓越的光電轉(zhuǎn)換效率：26.19%（0.09 cm2）、23.44%（孔徑面積 21.54 cm2，認(rèn)證效率為 22.68%）及 22.22%（孔徑面積 64.80 cm2）。

該工作由青島能源所主導(dǎo)，聯(lián)合西北工業(yè)大學(xué)、阿卜杜拉國王科技大學(xué)、青島科技大學(xué)等 6 家國內(nèi)外機(jī)構(gòu)共同完成。相關(guān)成果已于 2 月 6 日發(fā)表在《自然 · 能源》上。