近日，微電子學院新能源技術研究院麥耀華教授團隊在能源領域國際知名學術期刊Nano Energy（IF=16.602）上發表題為“Cation-size mismatch and interface stabilization for efficient NiOx-based inverted perovskite solar cells with 21.9% efficiency”的研究論文。太阳集团app首页為通訊單位，王有生副研究員為第一作者，王有生副研究員和麥耀華教授為文章共同通訊作者。

   最近的10年間，鈣钛礦太陽電池的光電轉化效率達到了25.5%，可媲美矽等廣泛商業化的光伏器件，是目前最有希望産業化的光伏技術之一。然而，鈣钛礦太陽能電池的穩定性問題仍然制約其快速的商業化進程。

   團隊以論文綜述的形式系統性總結了同時提升器件光電轉化效率和穩定性的方法—鈣钛礦複合薄膜工程和界面工程策略（Nano Energy, 2021, 87, 106141）。值得注意的是，利用無機氧化鎳（NiOx）作為空穴傳輸層的反式鈣钛礦太陽電池因原材料便宜，器件較穩定而受到廣泛的關注。然而，NiOx基反式鈣钛礦太陽電池中的界面缺陷嚴重影響光生載流子的非輻射複合，極大地降低了電荷的傳輸效率。器件界面處缺陷也會富集很深的能級陷阱态導緻準費米能級損失，降低了器件的開路電壓和填充因子，并進一步制備大面積光伏器件效率的提升。

   鑒于此，麥耀華教授團隊報道了鈣钛礦複合薄膜及界面調控提升器件效率和穩定性研究（圖1）。研究人員發現通過少部分鉀離子的摻雜能構建大晶粒垂直生長的四元陽離子鈣钛礦複合薄膜層，有效減少薄膜界面缺陷。另外，有機物PTAA不僅能顯著優化NiOx表面，而且也可以作為空穴傳輸橋梁很好的調節能帶，進一步提升器件空穴傳輸效率。氧化鋁層改善鈣钛礦與PTAA間界面接觸，不僅有利于鈣钛礦晶粒的增長，而且有效提升電荷分離和傳輸。形成的二維鈣钛礦薄膜層能有效鈍化三維鈣钛礦薄膜表面，并可以阻隔水氧，保護三維鈣钛礦層。

   最後，為了進一步提升電子傳輸效率和器件穩定性，在沉積銀電極之前，研究人員利用原子層沉積法（ALD）沉積一層緻密的氧化錫。結果，通過鈣钛礦複合薄膜及界面調控，小面積器件實現了21.9%的轉化效率，組件（有效面積=11.2 cm2）效率接近17%，7節子電池電壓高達8.05 V。器件連續光照1000小時，穩定性仍然保持初始效率的85%以上。該研究工作為NiOx基反式鈣钛礦太陽電池的界面接觸和性能的提升等方面提供了重要的方向。

 該工作得到了廣東省基礎與應用基礎研究基金區域聯合基金（2020A1515110462）和中央高校基本科研業務費（21620347）的支持。也得到了韓國全北國立大學和青島大學的支持。

圖1. NiOx基反式鈣钛礦器件結構，缺陷抑制與穩定性提升機理，小面積電池及組件效率。