2024-04-25 点击数：
据中科院官网报道，中国科学院半导体研究所研究员游经碧带领的团队，在p-i-n反型结构钙钛矿太阳能电池的p型空穴传输层设计和可控生长等方面取得了重要进展。该团队创新性地在透明导电衬底FTO和SAM层之间引入溶液法制备的p型氧化镍（NiOx）纳米颗粒，显著增强了SAM的自组装能力。同时，研究通过同质化NiOx纳米颗粒，实现了在均匀致密NiOx薄膜表面上SAM的大面积均匀可控制备，有效解决了此前分子直接在透明导电衬底上组装不完美导致的缺陷复合和电荷输运损失的问题。
基于高质量NiOx/SAM复合空穴传输层，游经碧团队研制出认证效率为25.2%（0.074平方厘米）和模组效率为21%（14.6平方厘米）的反型钙钛矿太阳能电池。电池在无封装条件下，经过最大功率输出点持续运行1000小时以及85摄氏度加速老化500小时，均保持初始效率85%以上。该工作为高效稳定钙钛矿电池的研究提供了普适的策略，将为钙钛矿电池高良品率大面积制备及产业化发展奠定基础。
相关研究成果以Homogenized NiOx nanoparticles for improved hole transport in inverted perovskite solar cells为题，以first release形式，在线发表在《科学》（Science）上。
（A-C）NiOx纳米颗粒同质化前后的高分辨透射电子显微镜照片以及尺寸分布情况比较；（D-F）自组装分子层（SAM: Me-4PACz）在透明导电衬底FTO、FTO/NiOx以及FTO/同质化NiOx上的表面电势分布情况。
（A-B）采用不同空穴传输层构建的反型钙钛矿太阳能电池的电流-电压曲线以及相关电池正向/反向扫描的电流-电压曲线；（C）面积为14.65平方厘米的钙钛矿电池模组的电流-电压曲线，插图为模组电池实物照片；（D）未封装的小面积电池在最大功率输出点的稳定性追踪测试，样品表面温度为50摄氏度。
钙钛矿电池基本原理
常见单结钙钛矿电池由透明电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层与金属电极构成，跟光伏的 HJT 异质结电池有点像。
透明电极就是晶硅电池的透明导电薄膜（TCO），一般选用 ITO 或者 FTO 氧化物导电玻璃，在可见光波段透光率高达 80-90%，保证透过率的同时还拥有出色的电荷横纵向传输能力，有利于电荷收集。
电子传输层就是原先的金属氧化层，通常包括 TiO2、SnO2、ZnO 以及一些掺杂的氧化物，也有的采用有机材料富勒烯及其衍生物。
空穴传输层一般选择有机小分子、有机聚合物以及无机材料作为常用材料。钙钛矿吸光层是电池的核心层，一般采用与钙钛矿类似的 ABX3 八面体结构。
最后是金属电极，采用导电性良好的金属或具有金属性质的导电物，如金、银、铜、碳等， 通过热蒸发沉积的方式制成。
钙钛矿电池的发电原理与光伏晶硅电池类似，钙钛矿吸光层吸收光线后，形成电子空穴对，在吸光层内部迅速分开，电子通过电子传输层输送到阳极，空穴通过空穴传输层输送到阴极。
随着电子和空穴不断在阳极和阴极的堆积，产生了电动势。此时装置如果与外部电路相连，就有了光电流输出。
