刷新纪录！多晶薄膜太阳能电池光电转化效率首次超过30%

科技日报记者 金凤

通过串联宽、窄带隙钙钛矿子电池构筑的全钙钛矿叠层太阳能电池，兼备高效率和低成本等优点，是下一代光伏技术的重要发展方向。10月28日，记者从南京大学获悉，该校助理教授林仁兴、教授谭海仁团队设计了一种基于偶极钝化策略制备的全钙钛矿叠层太阳能电池，该电池经国际权威机构日本电气安全和环境技术实验室认证后发现，光电转换效率高达30.1%，这是多晶薄膜太阳能电池光电转化效率首次超过30%，该结果被收录到《太阳能电池效率表》。相关成果10月28日发表于国际学术期刊《自然》。

论文的第一作者兼通讯作者、南京大学助理教授林仁兴介绍，目前全钙钛矿叠层电池的效率主要受限于较小的开路电压和填充因子，其中铅—锡混合窄带隙钙钛矿电池在高短路电流密度输出的条件下，无法同时实现较高的开路电压和填充因子，这是限制全钙钛矿叠层电池效率的主要原因。

为解决上述瓶颈，研究团队在钙钛矿、空穴传输层界面处设计了一种正偶极取向的偶极钝化层。

林仁兴解释，正偶极钝化层能有效调节钙钛矿和空穴传输层的能级，能使钙钛矿、空穴传输层间形成有利的能级排列。这种能级排列可有效驱动电子远离界面，同时增强界面处的空穴抽取能力，实现了载流子非辐射复合的减少和载流子输运的增强。

然而，偶极钝化层在后续加工中易被破坏，偶极取向难以被精准调控，严重影响了偶极钝化的作用和器件的光伏性能。

论文共同通讯作者、南京大学教授谭海仁介绍，此次研究中，研究团队探明了钙钛矿与空穴传输层的组成及缺陷类型，针对性开发了基于短链刚性芳香苯环的偶极钝化分子——对氨基苯磺酸。

团队通过特殊的设计，精确构建出了取向可控的正偶极钝化层，并实现了偶极层的加工耐受性，实现了偶极取向的可控性。

林仁兴表示：“该钝化策略加速了新型钙钛矿光伏技术从实验室走向产业的进程，对光伏技术构建‘平价电网’具有重要推进作用。”