中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 中國科學(xué)院化學(xué)研究所、北京分子科學(xué)國家研究中心李永舫/孟磊團(tuán)隊與德國波茨坦大學(xué)Felix Lang教授等合作，在鈣鈦礦/有機(jī)疊層太陽能電池領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。該成果為目前報導(dǎo)的這類疊層太陽能電池的最高效率，為寬帶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(jìn)鈣鈦礦/有機(jī)疊層太陽能電池的發(fā)展。相關(guān)研究成果在國際頂級期刊《自然》發(fā)表。

太陽能電池作為將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的關(guān)鍵技術(shù)，一直是清潔能源領(lǐng)域研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。其中，以鈣鈦礦太陽能電池和有機(jī)太陽能電池為代表的新一代可溶液印刷制造的太陽能電池，具有易制備、重量輕，以及可制備成柔性器件等優(yōu)點(diǎn)。然而，鈣鈦礦太陽能電池和有機(jī)太陽能電池均存在一定的穩(wěn)定性問題。鈣鈦礦/有機(jī)疊層太陽能電池作為一種新興的疊層太陽能電池技術(shù)備受關(guān)注。該新型疊層太陽能電池結(jié)構(gòu)在有效提升效率的同時可以大幅提升器件穩(wěn)定性。

開路電壓的提升是提高鈣鈦礦/有機(jī)疊層太陽能電池效率的關(guān)鍵因素。在鈣鈦礦太陽能電池中，寬帶隙鈣鈦礦吸光層與C60電子傳輸層界面處經(jīng)常存在嚴(yán)重的界面復(fù)合，表面態(tài)誘導(dǎo)的導(dǎo)帶費(fèi)米能級釘扎效應(yīng)會造成電壓損失。為降低界面處的電壓損失從而提升太陽能電池效率，鈍化寬帶隙鈣鈦礦吸光層與C60電子傳輸層的界面是一種有效的策略。

團(tuán)隊研究了具有順反異構(gòu)特性的1,4-環(huán)己二胺分子對于寬帶隙鈣鈦礦表面的鈍化機(jī)制，系統(tǒng)性地揭示了兩種順反異構(gòu)的鈍化劑分子所導(dǎo)致的鈣鈦礦表面結(jié)構(gòu)差異，最終篩選出擁有優(yōu)勢構(gòu)型的順式鈍化分子（cis-CyDAI₂）。通過對光致發(fā)光量子產(chǎn)率和準(zhǔn)費(fèi)米能級分裂的深入研究，發(fā)現(xiàn)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。鈍化處理后的寬帶隙鈣鈦礦（>1.8 eV）與電子傳輸層的界面復(fù)合大幅降低，實(shí)現(xiàn)了開路電壓達(dá)到1.36 V、光電轉(zhuǎn)化效率大于18%的寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池。團(tuán)隊進(jìn)一步將寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池與有機(jī)太陽能電池結(jié)合構(gòu)建了鈣鈦礦/有機(jī)疊層太陽能電池，實(shí)現(xiàn)了26.4%的光電轉(zhuǎn)化效率（經(jīng)第三方認(rèn)證為25.7%）。

 (a) 鈣鈦礦鈍化劑CyDAI₂化學(xué)結(jié)構(gòu) (b) 通過測試不同條件下薄膜的準(zhǔn)費(fèi)米能級分裂和器件的開路電壓總結(jié)的電壓損耗示意圖 (c) 鈣鈦礦-有機(jī)疊層太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖以及掃描電鏡截面圖 (d) 太陽能電池的電流密度-電壓曲線