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鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）因廉價(jià)的材料成本、易于制備大面積器件以及較高的光電轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。SnO2具有高透過率、高電子遷移率、適宜的能級、良好的紫外輻照穩(wěn)定性和易于低溫加工等特點(diǎn)，是目前n-i-p型PSCs電池常用的電子傳輸材料。然而，它的體相和表面的缺陷【氧空位（VO）、懸空羥基（-OH）和不飽和配位金屬原子】易引起載流子累積和非輻射復(fù)合損失。此外，鈣鈦礦中金屬、鹵素和有機(jī)離子的配位不足也會(huì)引起界面化學(xué)反應(yīng)，使得器件的效率和穩(wěn)定性惡化。因此，對PSCs埋底界面的優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)其高效率和穩(wěn)定性的關(guān)鍵。然而，由于埋底界面的非暴露特性，對其進(jìn)行研究和優(yōu)化具有一定的挑戰(zhàn)性。


中國科學(xué)院上海高等研究院開發(fā)了簡單有效的策略，通過在SnO2納米顆粒中加入草酸甲脒（FOA）來同時(shí)抑制SnO2體相和表面缺陷以及鈣鈦礦埋底界面處FA+/Pb2+相關(guān)缺陷，實(shí)現(xiàn)了有效的靶向缺陷鈍化。相關(guān)研究成果以Target Therapy for Buried Interfacial Engineering Enables Stable Perovskite Solar Cells with 25.05% Efficiency為題，發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。

研究發(fā)現(xiàn)，甲脒離子和草酸根離子在SnO2層中均呈縱向梯度分布，聚集在SnO2/鈣鈦礦埋底界面處，調(diào)節(jié)鈣鈦礦的晶體生長，降低體相及界面缺陷，改善鈣鈦礦和SnO2之間的能級匹配。結(jié)果表明，F(xiàn)OA處理后的PSCs能量轉(zhuǎn)換效率從22.40%提高到25.05%，同時(shí)PSCs的存儲(chǔ)穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性也顯著提升。

該研究為靶向治療埋底界面缺陷，改善PSCs性能提供了有效途徑。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金委員會(huì)、深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)及山西省科技廳的支持。該研究由上海高研院、南方科技大學(xué)、香港城市大學(xué)合作完成。

原標(biāo)題：中國科學(xué)院鈣鈦礦光伏研究取得新進(jìn)展