鈣鈦礦和電荷傳輸層之間的異質(zhì)界面對鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的耐用性構(gòu)成了主要限制，這主要是由于復雜且相互沖突的化學和機械相互作用。

2024年12月6日，新加坡國立大學侯毅教授在國際頂級期刊Nature Energy發(fā)表題為《Determining the bonding–degradation trade-off at heterointerfaces for increased efficiency and stability of perovskite solar cells》的研究論文，Jinxi Chen、Xi Wang、Tao Wang為論文共同第一作者，侯毅教授為論文通訊作者。

侯毅，新加坡國立大學（NUS）化學和生物分子工程系教授。在德國University of Erlangen-Nuremberg獲得博士學位，2019-2020年在斯坦福大學從事博士后研究，導師：鮑哲南教授；曾作過多次海外大學的訪問學者；目前任職于新加坡國立大學。

侯毅教授課題組的研究主要集中在鈣鈦礦基串聯(lián)太陽能電池的材料、組裝和設(shè)備創(chuàng)新，多次打破太陽能電池的世界記錄。

在這里，作者介紹了一種有效的脫粘技術(shù)，可以徹底分析PSCs晶體生長和老化階段的異質(zhì)界面行為。

作者的分析揭示了界面鍵合（斷裂能范圍從~2.49?J?m^?2到~0.38?J?m^?2）、質(zhì)子轉(zhuǎn)移相互作用和降解之間的強相關(guān)性，突出了PSCs中機械穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性之間的關(guān)鍵權(quán)衡。

為了解決這些穩(wěn)定性挑戰(zhàn)，作者混合了Me-4PACz和DCZ-4P分子，引入了額外的膦酸錨定基團以增強金屬氧化物和鈣鈦礦界面的結(jié)合。

該器件效率高達25.6%，在ISOS-L-1I和ISOS-D-2I標準協(xié)議下進行1,000小時測試后，仍保留了90%的初始性能。在熱循環(huán)條件下，這種PSC在500個循環(huán)中保持了95%的效率，超過了IEC 61215和ISOS-T-3I的標準。

圖1：脫粘技術(shù)與界面粘結(jié)方法學

圖2：鈣鈦礦脫粘后的可視化表征

圖3：界面化學反應(yīng)特征

圖4：異質(zhì)界面特性與鈣鈦礦太陽能電池性能

綜上，這篇論文研究了鈣鈦礦太陽能電池中鈣鈦礦與電荷傳輸層之間的異質(zhì)界面，揭示了界面鍵合與降解之間的權(quán)衡關(guān)系，并開發(fā)了一種有效的脫粘技術(shù)來分析這些界面在晶體生長和老化階段的行為。研究團隊通過引入含有額外磷酸錨定基團的分子來增強金屬氧化物和鈣鈦礦界面的鍵合，同時減少不利的化學反應(yīng)，從而提高了鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩(wěn)定性。

該研究實現(xiàn)了25.6%的高效率，并在國際標準測試下展現(xiàn)出了卓越的穩(wěn)定性，這對于鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化和實際應(yīng)用具有重要意義，能夠提高鈣鈦礦太陽能電池的性能和可靠性，使其能夠在更廣泛的環(huán)境條件下穩(wěn)定運行，進一步推動可再生能源技術(shù)的發(fā)展。

Chen, J., Wang, X., Wang, T.et al.?Determining the bonding–degradation trade-off at heterointerfaces for increased efficiency and stability of perovskite solar cells.?Nat Energy (2024).?