中國(guó)日?qǐng)?bào)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(diǎn)。其中，以鈣鈦礦太陽電池和有機(jī)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(diǎn)，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(bǔ)，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(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)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(shí)可以大幅提升器件穩(wěn)定性。在鈣鈦礦/有機(jī)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(zhǎng)太陽光，采用窄帶隙有機(jī)活性層作為底電池吸收近紅外長(zhǎng)波長(zhǎng)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(shí)，鈣鈦礦子電池可以過濾高能量光子以保護(hù)有機(jī)活性層、防止其光降解；有機(jī)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(shí)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(fù)極處離子擴(kuò)散等問題，從而使鈣鈦礦-有機(jī)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(jī)太陽能電池。另外，鈣鈦礦/有機(jī)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(shì)。

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(jí)釘扎效應(yīng)會(huì)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(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所、北京分子科學(xué)國(guó)家研究中心李永舫/孟磊團(tuán)隊(duì)與德國(guó)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。團(tuán)隊(duì)研究了具有順反異構(gòu)特性的1,4-環(huán)己二胺分子對(duì)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(shì)構(gòu)型的順式鈍化分子（cis-CyDAI2）。通過對(duì)光致發(fā)光量子產(chǎn)率和準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)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(duì)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%）。

該成果為目前報(bào)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)疊層太陽電池的發(fā)展。

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