鈣鈦礦太陽電池成本低、光電轉換效率高，被認為是新一代光伏技術之一。研發高效、穩定、可大面積制備的鈣鈦礦太陽電池技術是目前主要的發展目標，這通常需要對界面能級結構和缺陷密度進行優化和調控，特別是對于正置結構（n-i-p結構）來說，其空穴傳輸層材料（spiro-OMeTAD）與鈣鈦礦的能級失配、制備過程中產生的表面缺陷均會導致嚴重的非輻射符合損失。因此，理解界面能級位置、缺陷密度以及器件性能的定量關系，以及開發合適的界面調控材料至關重要。

鑒于此，中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員葉繼春團隊等，基于前期對鈣鈦礦太陽電池的研究，在高效穩定鈣鈦礦太陽電池的界面調控方面取得了新的研究進展。該團隊基于2D/3D鈣鈦礦異質結設計，研究發現0.2 eV的界面能級差可將器件對界面缺陷容忍度提高3個數量級，揭示了鈣鈦礦太陽電池界面場鈍化和化學鈍化的定量關系。進一步地，團隊發現，通過設計2D鈣鈦礦中鹵素的種類，可實現對鈣鈦礦界面能級差的可控調節，并且形成的2D鈣鈦礦可顯著鈍化鈣鈦礦的表面缺陷和抑制的離子遷移。基于此，通過優選2D鈣鈦礦前驅體，研究制備得到了效率達到25.32%的小面積電池（認證效率為25.04%）和21.48%的大面積小組件電池（29cm²），并表現出出色的穩態輸出穩定性，在最大功率點下連續輸出2000小時后仍然保持了初始效率的90%。該研究成果為開發合適的界面調控方法，制備高效、穩定、大面積的鈣鈦礦太陽電池提供了理論和實驗參考。

相關研究成果以Visualizing Interfacial Energy Offset and Defects in Efficient 2D/3D Heterojunction Perovskite Solar Cells and Module為題發表于《先進材料》（Advanced Materials）。

圖1 基于鈣鈦礦異質結設計的界面能級差、缺陷密度與器件性能的定量關系

圖2 2D/3D鈣鈦礦異質結設計的光電性能

圖3 2D鈣鈦礦中鹵素比例和種類對器件性能的影響

圖4 基于2D/3D鈣鈦礦異質結設計的高效穩定鈣鈦礦太陽電池