2 月 27 日消息，今日，《科學》（Science）在線發(fā)表了武漢大學物理科學與技術學院教授王植平課題組在高效、穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池領域取得的最新研究成果。

該論文提出一種“原子尺度界面鍵合”技術，采用原子層沉積工藝，在電池內部關鍵界面引入可調控的氧化鉿（HfOx）中間層，從原子尺度上同步穩(wěn)定空穴與電子傳輸界面，成功解決了長期制約鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展的效率與穩(wěn)定性難以協同提升的難題。

據介紹，實現光電器件的高效穩(wěn)定運行，關鍵在于構建牢固、可靠的電荷傳輸界面。當前高性能鈣鈦礦電池普遍采用有機分子層進行界面修飾，然而該類材料在持續(xù)光照與高溫環(huán)境下穩(wěn)定性不足，易引發(fā)性能衰減，制約了器件的實際應用壽命。

▲ 多功能氧化鉿修飾的鈣鈦礦太陽能電池及其優(yōu)異的穩(wěn)定性

針對這一挑戰(zhàn)，課題組發(fā)展的原子尺度界面鍵合技術，利用原子層沉積工藝在空穴傳輸層界面制備了經過退火處理的 n 型 HfOx 中間層。該層富含羥基并呈現路易斯酸性，可與自組裝分子形成強度更高的三齒配位結構，在原子尺度實現了界面分子的牢固鍵合，顯著提升了界面的熱穩(wěn)定性和機械附著力。在電子傳輸層一側，p 型 HfOx 中間層則通過強的 Hf···F 鍵合作用錨定鈍化分子，有效抑制了其在高溫下的脫附，并阻斷了碘離子向金屬電極的遷移，從而從源頭上延緩了器件性能的衰退。

基于該技術制備的 p-i-n 型鈣鈦礦太陽能電池獲得了 27.1% 的功率轉換效率（第三方認證效率 26.6%），并在 85°C、持續(xù) 1 個太陽光照條件下運行超過 5000 小時后，仍能保持初始效率 90% 以上的性能，其高溫工作壽命（T90）達到對照器件的 25 倍。該工作不僅實現了效率與穩(wěn)定性的雙重突破，更揭示了通過無機氧化物中間層實現原子級精準界面鍵合、調控電荷分布與抑制離子遷移的多重協同穩(wěn)定機制。該技術路線所采用的原子層沉積技術與大面積生產工藝兼容性強，為推進鈣鈦礦光伏技術的產業(yè)化應用提供了關鍵界面解決方案。

該工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃以及武漢大學科研公共服務條件平臺的支持。

論文題為“Hafnium oxide interface stabilization for efficient, photothermally stable perovskite solar cells”（《氧化鉿界面穩(wěn)定策略實現高效、光熱穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池》）。武漢大學物理科學與技術學院博士后楊遠航、博士研究生程思陽為共同第一作者，王植平為通訊作者，武漢大學為第一署名單位。