近日，我校材料科学与工程学院侯宇教授、杨双教授等在新型太阳能电池领域研究中取得新进展，相关成果以“Mechanical strengthening of a perovskite-substrate heterointerface for highly stable solar cells”为题，发表在国际知名学术期刊《能源与环境科学》（Energy Environ. Sci.，IF=32.5）。
钙钛矿太阳能电池是未来极具前景的光伏技术之一，其单结器件的认证效率已超过26%，达到了晶硅电池的同等水平。该类器件的制备采用成本低廉的溶液涂布方法，具有产量高、设备投资少的特点，但稳定性问题是该技术产业化所面临的关键瓶颈。在生产过程中，溶剂分子的脱除往往会在钙钛矿-衬底埋藏界面上留下大量纳米尺度空隙缺陷，致使下列面连接薄弱并容易发生层离。在工作条件下，这些纳米孔洞结构对光、热环境极为敏感，进而诱发太阳能电池的结构分解。
图1 钙钛矿太阳电池埋底界面的机械增强策略
针对上述关键问题，研究团队提出了钙钛矿太阳能电池埋底界面的“机械增强”策略（图1），将具有多电子供体的胍基大分子引入电池埋底界面，其官能团能够与两侧的钙钛矿和氧化铟锡衬底产生强化学偶联作用，从而抑制下界面孔洞缺陷结构的形成。通过聚六亚甲基胍盐酸盐改性后，太阳能电池的光电转化效率显著提高，其中三阳离子钙钛矿电池器件的最高效率可达到23.3%，甲脒铅碘钙钛矿电池器件效率达到25%。此外，通过机械拉伸试验进一步发现下界面的机械断裂强度达到未改性薄膜的两倍，这种界面机械增强作用显著延缓了埋藏界面在光热应力下的形态演变，在标准光照和55 °C的严苛工作条件下，太阳能电池器件持续工作1630小时后仍能保持初始效率的97.5%，达到了国际先进水平。
该论文的第一作者为材料科学与工程学院硕士研究生冷雪松，通讯作者为华东理工大学侯宇教授和杨双教授、鄂尔多斯电冶集团国家企业技术中心牛强，并得到华东理工大学杨化桂教授的悉心指导。研究工作得到了国家高层次青年人才特殊支持计划、国家优秀青年科学基金、上海市基础研究特区等项目的支持。
文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ee/d4ee00244j