雙碳政策驅(qū)動(dòng)下的光伏需求逐步呈現(xiàn)井噴式增長(zhǎng)，未來光伏在一次性能源消費(fèi)領(lǐng)域的占比將從不到1%提升到25%以上，光伏市場(chǎng)前景可期。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）作為第三代新型太陽(yáng)能電池，其單結(jié)電池實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證效率（PCE）已經(jīng)達(dá)到26.14%，可與晶硅太陽(yáng)能電池相媲美。PSCs在制備工藝和制造成本方面更具優(yōu)勢(shì)，未來有望替代晶硅電池，并將掀起光伏行業(yè)的新一輪技術(shù)變革。然而，鈣鈦礦薄膜中非輻射復(fù)合位點(diǎn)的存在以及鈣鈦礦光活性層和電荷傳輸層之間的能級(jí)不匹配是載流子收集和能量利用的障礙，導(dǎo)致嚴(yán)重的開路電壓（V_OC）損失；而且，鈣鈦礦薄膜中的缺陷在帶隙內(nèi)會(huì)產(chǎn)生阱能態(tài)，從而捕獲載流子，加速了PSCs的降解。

為解決這一問題，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所有機(jī)光電材料與器件團(tuán)隊(duì)在葛子義研究員的帶領(lǐng)下，前期通過薄膜形貌調(diào)控、新型二維鈣鈦礦材料設(shè)計(jì)和載流子傳輸層修飾（Energy Environ. Sci. 2023, 16, 5423; Adv. Mater. 2023, 2302752; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e2022175; Adv. Funct. Mater. 2023, 2301956; Infomat 2022, e12379；Nano Energy 2022, 93, 106800；Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3630；Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2101416）等手段，大幅提升了剛性和柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率和穩(wěn)定性。近日，針對(duì)鈣鈦礦薄膜中晶體學(xué)缺陷多和鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的V_OC損失嚴(yán)重的問題，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了多功能三氟硼酸鹽（PTFBK）作為鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的添加劑。除了同時(shí)鈍化鈣鈦礦薄膜中的陰離子和陽(yáng)離子缺陷外，PTFBK還可以優(yōu)化器件的能級(jí)排列，削弱載流子與縱向光學(xué)聲子之間的相互作用，從而使載流子壽命大于3 μs。此外，還抑制了非輻射復(fù)合，提高了鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶能力。因此，剛性和柔性倒置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池分別獲得了24.99%和23.48%的功率轉(zhuǎn)換效率。更重要的是，由于甲脒和氟之間的氫鍵作用，器件表現(xiàn)出顯著的熱、濕度和最大功率點(diǎn)跟蹤下的運(yùn)行穩(wěn)定性。同時(shí)，鈣鈦礦層中降低的楊氏模量和殘余應(yīng)力也為柔性器件提供了良好的彎曲穩(wěn)定性。

相關(guān)成果以“Multifunctional Trifluoroborate Additive for Simultaneous Carrier Dynamics Governance and Defects Passivation to Boost Efficiency and Stability of Inverted Perovskite Solar Cells”為題發(fā)表于Angew. Chem. Int. Ed.（https://doi.org/10.1002/anie.202316898）期刊上。寧波材料所碩士生李軍、博士后謝莉莎為該論文的共同第一作者，寧波材料所葛子義研究員和博士后謝莉莎為該論文的通訊作者。該研究得到國(guó)家杰出青年基金（21925506）、國(guó)家自然科學(xué)基金（U21A20331、81903743、22209192、62275251）和博士后面上項(xiàng)目（2022M713242）的支持。

圖 (a)添加劑與鈣鈦礦相互作用示意圖；(b)熱載流子釋放過程示意圖；(c)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)及J-V特性曲線

（新能源所 李軍）