华东师范大学方俊锋团队收新年大礼，《科学》审稿回复“创造电池效率世界纪录”

　　春节将至，《科学》杂志传来好消息。华东师范大学方俊锋团队在反型钙钛矿太阳能电池研究方面的最新科研成果被审稿人评价为“创造了新的反型钙钛矿电池效率世界记录，首次实现转化效率>24%的反型钙钛矿电池”“突破了反型器件效率低这一长期以来困扰钙钛矿电池发展的关键瓶颈问题，为钙钛矿电池的研究的开辟了新的思路与方向”。

　　（图为《科学》杂志发文，华东师大供图）

　　钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），是利用钙钛矿型的有机-金属卤化物杂化半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。在全球气候变化和“双碳”目标下，光伏技术的发展受到世界各国的广泛重视。钙钛矿太阳能电池成本低、效率高，被认为是最有希望实现低成本发电的新型光伏技术之一。

　　钙钛矿电池分为正型n-i-p电池和反型p-i-n电池。“相对正型钙钛矿，反型钙钛矿电池有其自身的优势。其可低温制备、工艺简单、稳定性好，同时能够和晶硅电池兼容，实现叠层电池的制备。反型钙钛矿/晶硅叠层是钙钛矿电池商业化应用的路径之一。”方俊峰介绍。

　　此外，反型钙钛矿电池无需使用具有光催化活性的TiO2以及掺杂的有机空穴传输层，光照下的输出稳定性更好，更具发展潜力。

　　然而，尽管反型器件具有诸多优势，但目前高效率的钙钛矿电池基本上都基于正型器件，其电池效率已经达到25%，而反型钙钛矿电池的效率则明显偏低，其最高效率仍维持在22-23%。 因此，如何缩小正反型器件效率差距，实现高效稳定反型器件的制备，一直是钙钛矿电池研究领域一个焦点和难点问题。

　　经过反复实验论证，方俊峰团队采用构筑表面异质结，提高器件内建电场的思路，首先在钙钛矿表面旋凃吡啶-2-羧酸铅制备富铅层，随后用高反应活性的六甲基二硅硫醚进行硫化，原位形成PbS-I层，实现钙钛矿表面费米能级的上移和能带弯曲，从而在钙钛矿界面处引入额外背场，构建出高效的界面异质结，抑制界面复合的同时，显著提高器件开路电压。

　　基于此方法，研究团队首次将反型钙钛矿电池的转化效率提高到24%以上（权威第三方认证效率23.5%）。

　　除了提高反型钙钛矿电池的转化效率，该研究还实现了电池稳定性的大幅提升。“对于所有的太阳能电池来说，没有稳定性就没有应用。”第一作者李晓冬说，对于钙钛矿电池来说，稳定性格外重要，是目前制约钙钛矿电池走向商业化应用的一个关键瓶颈问题。

　　在研究中他们发现，Pb-S键强度远高于钙钛矿中的Pb-I键，可以有效抑制老化过程中钙钛矿的衰减，同时PbS与钙钛矿的晶格参数接近，能够进一步稳定钙钛矿的晶体结构，从而实现电池稳定性的大幅提升。电池经过2200小时的高温加速老化（85 oC），效率可以保持在初始值的91.8%。光照下（55o±5 oC），经过1000小时的连续最大功率输出加速老化测试，效率也能够稳定在初始值的90%以上。

　　这项工作为反型钙钛矿电池的研究提供了一个新的思路与方向。通过合理优化设计，完全可以实现兼具高效率和高稳定性的反型钙钛矿电池。

　　下一步，该团队将继续围绕高效稳定的反型钙钛矿电池深入研究，探索构建高效界面异质结的新方案，进一步提升器件效率和稳定性。同时也会开展一些大面积钙钛矿电池模组的研究，来推动钙钛矿电池的实用化研究。

　　来源：中国青年报客户端