鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)的認證功率轉(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其進行研究。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)用于增強鈣鈦礦薄膜形貌的液體添加劑。然而，在這項工作中，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下進行550小時的運行穩(wěn)定性測試后，葉片涂層p-i-n結(jié)構(gòu)PSCs實現(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驗室(NREL)認證，鈣鈦礦微型模塊的認證的轉(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年獲得加州大學洛杉磯分校材料科學與工程博士學位。其后在美國Agiltron公司先后以研究科學家、資深研究科學家身份工作2 年。于2009 年就職于內(nèi)布拉斯加大學林肯分校，2014年提前破格提升副教授，2016年破格提升教授。當前，他是該校Susan J. Rosowski講座教授、材料工程博士學科主席以及William E. Brooks Engineering領(lǐng)導(dǎo)小組成員。黃勁松博士在有機薄膜太陽能電池（有機-無機鉛鹵化物鈣鈦礦太陽能電池）、光電探測器領(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的北京理工大學陳棋教授和北京大學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