开发出环境友好的高效低成本新一代光伏技术将有助于解决全球面临的能源和环境问题，也是我国实现“双碳”目标的重要途经。铅卤钙钛矿太阳电池作为一种新兴的光伏技术，具有成本低、效率高和制备工艺简单等优点，被《Science》杂志评选为“2013世界十大科技进展之一”，受到了全球学术界和产业界的高度关注。然而，钙钛矿材料的相稳定性和器件界面稳定性是目前该项技术大规模应用亟需解决的瓶颈问题。
针对上述关键问题，复旦大学光电研究院/光伏科学与技术全国重点实验室张鸿青年研究员及其合作者，结合研究团队多年的工作，着重探讨了钙钛矿材料中的主要缺陷类型及其对器件效率和稳定性的影响机制，讨论了不同分子钝化剂的缺陷钝化机制，并从产业化的角度提出了高效低成本分子钝化剂的发展方向。相关论文在线发表在Nature Reviews Chemistry期刊（https://www.nature.com/articles/s41570-023-00510-0）。
图1：基于分子工程的钙钛矿太阳电池高效低成本分子钝化剂设计
另外，团队基于在分子钝化剂和纳米晶电荷传输材料方面的积累，联合重庆大学臧志刚/陈江照教授、瑞士洛桑联邦理工学院Michael Grätzel院士、西北工业大学李炫华教授等合作者，提出了一种在埋底界面原位形成自下而上的混合维度钙钛矿异质结的新策略。该策略通过在无甲铵钙钛矿前驱液中引入少量的2-氨基茚满盐酸盐作为添加剂，可以有效调控无甲铵（MA-free）钙钛矿薄膜结晶并在晶界形成低维钙钛矿，不仅钝化了3D钙钛矿晶界缺陷，还可以改善埋底界面能级排列，显著抑制了埋底界面非辐射复合损失。团队基于前期开发的NiOx纳米晶空穴传输材料（ACS Nano 2016, 10, 1503-1511; Angew. Chem.Int. Ed. 2023, 62, e2022193），实现了反式无甲铵钙钛矿太阳电池最高光电转换效率（PCE）达25.12%（认证效率为24.6%）。未封装电池最大功率点持续跟踪1500小时后仍能保持初始效率的98%，封装的电池在85℃/85%RH老化1200小时后保持初始PCE的92%。相关论文在线发表于Nature Energy期刊（https://www.nature.com/articles/s41560-023-01295-8）。
图2：反式无甲铵钙钛矿太阳电池的器件性能和稳定性
上述工作得到了褚君浩院士的悉心指导以及光电研究院、光伏科学与技术全国重点实验室、上海市智能光电与感知前沿科学研究基地、国家自然科学基金、上海市浦江人才计划等科研平台和基金的大力支持。
通讯作者简介：
张鸿，复旦大学光电研究院青年研究员，光伏科学与技术全国重点实验室副主任。主要从事光电功能材料、太阳电池和光电探测器等方向的研究工作。2018年于香港大学获得博士学位，2019至2021年在瑞士洛桑联邦理工学院Michael Graetzel院士课题组从事博士后研究。以第一或通讯作者在Nat. Energy、Nat. Rev. Chem.、Nat. Commun.等知名期刊共发表SCI论文30余篇，他引5100余次。任国产高起点期刊eScience、Nano-Micro Letters和Exploration青年编委、Frontiers in Materials副主编、以及Nat. Commun.等20余种国际知名期刊长期独立审稿人。入选上海市领军人才（海外）和上海市浦江人才（A类）。
1. Zhang, H., Pfeifer, L., Zakeeruddin, S.M. et al. Tailoring passivators for highly efficient and stable perovskite solar cells. Nat Rev Chem 7, 632–652 (2023). https://doi.org/10.1038/s41570-023-00510-0.
2. Li, H., Zhang, C., Gong, C. et al. 2D/3D heterojunction engineering at the buried interface towards high-performance inverted methylammonium-free perovskite solar cells. Nat Energy 8, 946–955 (2023). https://doi.org/10.1038/s41560-023-01295-8.
