来自香港城市大学、美国国家可再生能源实验室（NREL）和英国帝国理工学院的研究团队开发了一种新技术，通过原子层沉积（ALD）替换传统的富勒烯电子传输层为氧化锡，从而提高了钙钛矿太阳能电池的长期稳定性。该过程首先将钙钛矿和空穴传输层在单一步骤中沉积，然后通过ALD工艺形成缺氧的氧化锡层，减少了能带偏移至更厚的常规氧化锡层。最终的太阳能电池光电转换效率超过25%，在65°C的最大功率点操作下连续工作2000小时后，仍保持95%以上的效率。
港城大化学系朱宗龙教授（左）与高丹鹏博士手持他们研发的创新太阳能电池 图源：公开网络
这种新型的制造方法有望显著提升钙钛矿太阳能电池的商业前景，不仅改善了其稳定性、可靠性和效率，同时还降低了成本。此外，这项研究提供了简化的器件结构，有助于未来实现工业化大规模生产。
“钙钛矿太阳能电池在稳定性上的提升和生产工艺的简化，标志着推动太阳能更具可负担性和广泛应用的重大进展，”香港城市大学化学系的朱宗龙教授表示。
研究团队在太阳能电池结构上引入了两项关键创新。首先，他们将空穴选择性材料与钙钛矿层集成，从而简化了制造流程。其次，设备的操作稳定性通过采用具有优异热稳定性的无机电子传输层——氧化锡，替代了传统的有机材料如富勒烯和BCP，得到了大幅提升。
城大的创新太阳能电池设计（图右）较“传统的器件结构”（图左）更能提升太阳能电池的稳定性、可靠度、效率及成本效益。图源：公开网络
“这项研究中提出的器件结构是当前钙钛矿太阳能电池领域最简化的架构之一，为实现工业化提供了有利条件，”论文共同作者、香港城市大学博士后研究员高丹鹏博士表示。高博士进一步解释称，这种方案无需传统的有机传输层，从而有效降低了材料成本，并极大简化了生产步骤。
这项研究的数据令人振奋。通过优化氧化锡层中的氧空位，团队实现了超过25%的光电转换效率，并在经过2000小时的严苛测试后，保持了95%以上的效率。这一性能超越了传统钙钛矿太阳能电池的稳定性，满足了多项行业对耐久性的要求，为更可靠和高效的太阳能电池生产铺平了道路，并简化了制造流程，使大规模生产更加具成本效益。
研究团队表示，研究的下一阶段将专注于将这一创新结构应用于更大尺寸的钙钛矿太阳能电池模块，旨在进一步提升技术的效率和可扩展性。“随着这项研究有望在未来五年内应用于太阳能系统中，它代表了迈向全球更可持续和环保的能源生产的重要一步，”朱教授补充道。
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