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近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所薄膜太陽能電池研究組副研究員王開和研究員劉生忠團隊采用狹縫涂布制備技術(shù)，結(jié)合真空法氧化鎳薄膜的表面氧化還原策略，制備出高性能大面積鈣鈦礦太陽電池組件。

目前，實驗室尺寸的鈣鈦礦太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率已達到25%以上，制備大面積鈣鈦礦電池并推進其產(chǎn)業(yè)化進程已經(jīng)成為該領(lǐng)域的主要發(fā)展方向之一。雖然鈣鈦礦電池的重要優(yōu)勢之一是與溶液制備路線兼容，但在大面積器件制備過程中，僅有百納米厚的鈣鈦礦層適合采用溶液法制備，而電荷傳輸層厚度僅為幾十納米，在現(xiàn)階段很難采用溶液法制備出均勻無孔的大面積電荷傳輸層。

相比之下，真空沉積技術(shù)更加可控，更為適合制備超薄的大尺寸薄膜。因此，該團隊提出采用將真空制備的電荷傳輸層和溶液法制備的鈣鈦礦層相結(jié)合構(gòu)筑大面積電池的策略。但在研究中發(fā)現(xiàn)，真空制備的氧化鎳空穴傳輸層表面相對疏水，減弱了鈣鈦礦前驅(qū)液的粘附力，同時氧化鎳表面存在的大量高價鎳離子會分解鈣鈦礦，形成界面勢壘并導(dǎo)致非電容滯后效應(yīng)，最終影響器件性能和穩(wěn)定性。

針對上述問題，該團隊提出一種簡單的表面氧化還原工程（Surface Redox Engineering，SRE），實現(xiàn)對電子束蒸發(fā)氧化鎳薄膜表面性質(zhì)的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，SRE可以有效改善氧化鎳表面的潤濕性，確保真空制備氧化鎳與溶液制備鈣鈦礦技術(shù)的兼容性；同時，通過合理調(diào)節(jié)氧化鎳薄膜表面不同價態(tài)鎳離子的比例，可以改善氧化鎳/鈣鈦礦界面的電學(xué)性能，并提升了界面穩(wěn)定性。在剛性和柔性襯底上制備的小面積反式電池上，光電轉(zhuǎn)換效率分別達到23.4%和21.3%，并且具有極佳的穩(wěn)定性。此外，研究團隊在早期的工作基礎(chǔ)上（Advanced Materials，2020），在面積為156×156 mm2的大面積襯底上成功制備了大面積鈣鈦礦電池組件，能量轉(zhuǎn)換效率達到18.6%，且表現(xiàn)出極佳的穩(wěn)定性。該工作提出的表面氧化還原工程，提供了一種將真空制備的電荷傳輸層與溶液制備的鈣鈦礦相結(jié)合的設(shè)計思路，有望促進高效、穩(wěn)定的鈣鈦礦電池組件的發(fā)展。

相關(guān)成果以Surface Redox Engineering of Vacuum-Deposited NiOx for Top-Performance Perovskite Solar Cells and Modules為題于近日發(fā)表在《焦耳》（Joule）上。

原標題：大連化物所制備出高性能大面積鈣鈦礦太陽能電池組件