鈣鈦礦太陽能電池界面修飾前后的器件效率和環境穩定性

近日，中國科學院國家納米科學中心周惠瓊課題組將生物聚合物肝素鈉引入到鈣鈦礦太陽能電池的陰極界面，在TiO2和MAPbI3層之間起到分子橋梁的作用，鈍化了界面缺陷，并同時改善了器件的效率和穩定性。該研究結果日前以A Biopolymer Heparin Sodium Interlayer Anchoring TiO2 and MAPbI3 Enhances Trap Passivation and Device Stability in Perovskite Solar Cells 為題在線發表在《先進材料》（Advanced Materials）雜志上。

近年來，有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池因其高效廉價的特性，引發了能源轉換領域的研究熱潮。然而，活性層或界面的缺陷可以嚴重影響鈣鈦礦電池的器件性能和穩定性。

周惠瓊課題組將肝素鈉分子橋聯了TiO2和MAPbI3層，研究其對缺陷鈍化和器件衰減的影響。該界面層的引入同時鈍化了鈣鈦礦活性層內的本體缺陷以及TiO2/MAPbI3界面之間的界面缺陷，從而將器件效率從17.2%提高到20.1%，并抑制了電滯回線現象和缺陷誘發的電荷復合。修飾后的器件穩定性也得到了很大的提高，在空氣中放置70天后，依然保持了85%的起始效率。DFT理論計算表明肝素鈉分子通過多種功能基團 (-COO-, -SO3-, or Na+) 與TiO2中的Ti4+，以及MAPbI3中的Pb2+和I-發生相互作用。這項研究闡述了一種高度簡易可行的、利用生物分子提高器件性能的鈣鈦礦電池界面修飾策略。

該項研究是周惠瓊課題組前期研究工作 (Chem. Eur. J. 2017, 23, 18140) 的進一步拓展，與國家納米中心的施興華課題組（理論計算）、裘曉輝課題組（開爾文探針測試）以及北京航空航天大學的張淵課題組（器件物理測試）通力合作，研究工作得到了中科院百人計劃和國家自然科學基金等項目的支持。