更廉价且容易制备的钙钛矿太阳能电池

近日，中科院大连化物所金盛烨研究员领导的科研团队发现，钙钛矿太阳能电池中钙钛矿-电极界面的载流子提取效率的微观非均匀分布是限制电池效率的关键因素之一，这为提高钙钛矿太阳能电池效率提供了新思路。相关研究成果在线发表在《德国应用化学》上。

钙钛矿太阳能电池是以具有钙钛矿结构的有机-金属卤化物等作为核心光吸收、光电转换、光生载流子输运材料的太阳能电池。该电池不仅具有较高的能量转换效率，而且其核心光电转换材料具有廉价、容易制备的特点，这为其大规模、低成本制造提供了可能。

近年来，金属有机钙钛矿材料在构建高效、廉价太阳能电池和其他光电器件等方面展现出极大的应用价值，成为国际上重要的研究热点材料。此类材料在各种器件中的优越表现得益于其独特的光物理性质，如高载流子寿命、高电荷迁移率和长迁移距离。

到目前为止，基于此类材料的太阳能电池光电转化效率已经达到了22.1%，但和理论值相比还有很大的提升空间。在常用的液相和汽相沉积法制备的钙钛矿薄膜中，膜表面微观形貌如晶块尺寸、晶块形状和晶块边界等有很大差异，这阻碍了对材料关键性质的进一步改善。

先前的研究普遍认为，钙钛矿膜表面微观形貌的非均一性对薄膜光电性质有很大的负面影响，然而其影响机制并不清楚。因此，探究钙钛矿薄膜微观形貌的非均匀性对载流子寿命、迁移率以及电池性能的影响，可以进一步提高太阳能电池效率。

近期，金盛烨团队利用自主搭建的时间分辨荧光扫描成像系统，在亚微米空间尺度上成功实现了对微观区域载流子寿命，晶粒内部和晶粒之间的载流子扩散系数，晶粒内载流子迁移距离和载流子提取效率的直接成像测量。发现在高质量的钙钛矿CH3NH3PbI3(Cl)多晶薄膜中，晶粒内部载流子扩散速率很快，与大块钙钛矿单晶材料相近。同时载流子寿命较长，并且在不同大小和形状的晶粒之间的分布是非常均一的。然而，当钙钛矿薄膜表面负载电子和空穴传输层的时候，由于在钙钛矿和电子（空穴）受体界面存在的缺陷，不同晶粒表面的载流子提取效率存在很大的差异，这很可能是限制太阳能电池效率进一步提高的关键因素，因此改善钙钛矿薄膜中晶粒和电子（空穴）受体界面接触的均匀性是提高太阳能电池效率的重要方向。此项研究结果为进一步提高钙钛矿太阳能电池效率提供了新思路。