光伏发电属于新质生产力的范畴，大力发展光伏发电产业有助于实现我国“双碳”战略目标。然而，传统硅基太阳能电池存在制造成本高、污染大等问题。新型钙钛矿太阳能电池具有理论极限效率高、制备方法简单等特点，应用潜力巨大。全无机钙钛矿由于其理想的带隙和良好的热稳定性而在众多钙钛矿材料中受到极大关注。然而，由于全无机钙钛矿材料对水氧敏感，导致全无机钙钛矿太阳能电池在空气中的稳定性较差。因此，以往的全无机钙钛矿太阳能电池大多是在惰性气氛环境下制备，这对制备设备的要求较高，还增加了资源消耗。此外，器件的埋底界面存在缺陷密度高、材料热膨胀系数不匹配的问题，影响了器件效率和寿命。因此，如何设计一种适用于全无机钙钛矿太阳能电池的低成本制备方法，且使电池兼具高光电转换效率和优异长期稳定性的特点，成为了亟待解决的难题。
图1 论文摘要图
为解决这一问题，电网防灾减灾全国重点实验室科研团队提出了新方案：基于界面工程的策略，采用具有电子离域特性的包含共轭结构的2,4-己二烯酸钾作为埋底界面修饰剂，同时采用热空气流辅助的旋涂法，在空气中成功制备了高效稳定的碳基全无机钙钛矿太阳能电池。采用热空气流辅助旋涂法可以显著降低空气中水氧对钙钛矿成膜的不利影响，有利于提升空气中制备的钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。实验结果表明：共轭的界面修饰剂可以增强电荷传输层和光吸收层的能级匹配，增强电荷抽取和传输能力，降低开路电压损耗。此外，共轭界面修饰剂可以钝化埋底界面缺陷，提升电子传输层的浸润性和电荷传输能力，增强光吸收层薄膜的结晶性。最后，钾离子可以部分扩散到钙钛矿晶体中，使得晶格收缩，有利于材料稳定性的提升，进而有利于器件稳定性的提升。
图2 网络首发论文截图
本研究成果以“Bridging the buried interface with conjugated molecule for highly efficient carbon-based inorganic CsPbI2Br perovskite solar cells fabricated in air”为题撰写的论文，已在国际顶级期刊《Chemical Engineering Journal》（影响因子IF=15.1，中科院一区TOP期刊）发表。电气学院教师时一斐为第一作者，硕士研究生张雷为学生第一作者，电网防灾减灾全国重点实验室（欧博官网）为第一完成单位。这项工作推动了空气中制备全无机钙钛矿电池的研究，拓展了共轭材料的应用，深入探究了界面工程中共轭材料的影响效果和作用机理，为其他类型钙钛矿太阳能电池以及发光二极管、光电探测器、场效应晶体管等器件的研发提供了新思路。
本研究工作得到了国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、湖南省教育厅项目和湖南省研究生科研创新项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152210
（文/张雷 图/时一斐 一审/谢树芳 二审/周巍 三审/姜飞）
