中國日報10月18日電（記者 閆東潔）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。其中，以鈣鈦礦太陽電池和有機太陽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，將與當(dāng)前大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的晶硅太陽能電池應(yīng)用領(lǐng)域互補，在便攜式能源、建筑光伏一體化、室內(nèi)光伏等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。近幾年，其能量轉(zhuǎn)化效率也得到了快速的提升。然而，鈣鈦礦太陽能電池和有機太陽能電池均存在一定的穩(wěn)定性問題。

鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池作為一種新興的疊層太陽能電池技術(shù)而備受關(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。在鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池中，采用寬帶隙鈣鈦礦材料作為頂電池吸收短波長太陽光，采用窄帶隙有機活性層作為底電池吸收近紅外長波長太陽光，大幅拓寬可利用太陽光譜范圍并降低能量損失。

同時，鈣鈦礦子電池可以過濾高能量光子以保護有機活性層、防止其光降解；有機子電池可以作為封裝層隔絕水氧，提升環(huán)境穩(wěn)定性，同時疊層太陽能電池的中間透明電極層還可以緩解鈣鈦礦頂電池負極處離子擴散等問題，從而使鈣鈦礦-有機疊層太陽能電池的穩(wěn)定性優(yōu)于單結(jié)鈣鈦礦和單結(jié)有機太陽能電池。另外，鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池也保留了可溶液制備太陽能電池的本征優(yōu)勢。

開路電壓的提升是提高鈣鈦礦/有機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。

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/孟磊團隊與德國波茨坦大學(xué)Felix Lang教授等合作，在鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池領(lǐng)域取得了重要進展。團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，實現(xiàn)了開路電壓達到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。團隊進一步將寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池與有機太陽能電池結(jié)合構(gòu)建了鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池，實現(xiàn)了26.4%的光電轉(zhuǎn)化效率（經(jīng)第三方認(rèn)證為25.7%）。

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，將有力促進鈣鈦礦/有機疊層太陽電池的發(fā)展。

相關(guān)研究成果在國際頂級期刊《自然》發(fā)表（Nature, 2024, DOI: 10.1038/s41586-024-08160-y）。