《科学》再发上海交通大学韩礼元团队研究成果

凭借出色的光电性能，但天生体质“弱”，这是光伏新星，钙钛矿太阳能电池正面临“成长的阵痛”。8月16日，国际知名学术期刊《科学》在线发布了上海交通大学材料科学与工程学院韩立元团队的研究成果——“稳定和弱钙钛矿半导体异质结”。

韩立元团队通过构建稳定的异质结结构，在保证高效率的前提下，提高了钙钛矿太阳能电池在工作条件下的稳定性，对促进钙钛矿太阳能电池的产业化进程起到了重要作用。该研究成果是继2015年《科学》杂志发表钙钛矿电池高效研究成果和2017年《自然》杂志发表钙钛矿大面积模块研究成果后，韩立源团队的第三篇*期刊论文。这是器件稳定性方面的另一个重要进展。

钙钛矿太阳能电池作为一种新型光伏技术，具有低成本、高效率的特点。目前，光电转换效率最高的世界纪录已经达到25%。钙钛矿太阳能电池作为半导体异质结光电器件，通过由钙钛矿光吸收层、电荷传输层等半导体材料组成的异质结结构，有效分离提取光生电荷，实现光能向电能的转换。

然而，钙钛矿电池的异质结结构并不稳定。一旦异质结结构被破坏，电池性能将显著降低。主要原因是由离子组成的钙钛矿半导体具有“弱”的自然结构。在工作条件下，在光、电场、温度、水和氧气的影响下会产生大量的结构缺陷，导致半导体材料的结构变化甚至分解。分解和逃逸释放的离子也将进入电荷传输层或电极层，进一步破坏异质结的光电转换功能，导致整体器件效率显著降低。

因此，如何稳定钙钛矿太阳能电池中的“弱”异质结结构，保护光生电荷的分离和提取过程，成为解决稳定性问题的重要研究方向。

为了解决上述稳定性问题，研究人员设计并制备了具有稳定结构的钙钛矿异质结结构。该结构主要包括表面的一层富铅钙钛矿半导体薄膜，薄膜表面沉积有氯化石墨烯氧化物薄膜，两层薄膜通过形成氯-铅键和氧-铅键结合在一起。光学和电学表征实验结果表明，异质结结构稳定，可以有效减少钙钛矿半导体薄膜的分解和缺陷的产生，同时也减少逃逸离子对电荷传输层功能的损害。

论文的第一作者王彦博博士介绍说，异质结结构的钙钛矿太阳能电池在标准日照强度和60℃条件下连续工作1000小时后，仍保持90%的初始效率，电池的稳态输出效率已通过国际公认的电池评估机构日本工业技术研究所(AIST)光伏技术研究中心的认证。

通信作者杨旭东教授表示，研究结果为通过构建稳定的异质结来提高钙钛矿太阳能电池的稳定性提供了一种方法，这是钙钛矿太阳能电池走向产业化的重要一步。

最新统计结果显示，中国在钙钛矿太阳能电池领域的研究机构已占全球总数的40%，表明中国已成为钙钛矿太阳能电池研究领域的中流砥柱。

通信作者韩立元教授表示，随着科学机理研究的深入和技术水平的不断提高，钙钛矿型太阳能电池稳定性问题的解决指日可待。“中国是世界上最大的太阳能电池生产国，钙钛矿太阳能电池很可能是中国第一个工业化的太阳能电池。”他说。

相关论文信息:https://science.sciencemag.org/content/365/6454/687