近日，国际顶尖学术期刊《科学》刊登华东师范大学方俊锋团队在反型钙钛矿太阳能电池研究方面的最新科研成果。审稿人评价该成果“创造了新的反型钙钛矿电池效率世界记录，首次实现转化效率>24%的反型钙钛矿电池”“突破了反型器件效率低这一长期以来困扰钙钛矿电池发展的关键瓶颈问题，为钙钛矿电池的研究开辟了新的思路与方向”。

钙钛矿型太阳能电池是利用钙钛矿型的有机-金属卤化物杂化半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，因其成本低、效率高，被认为是最有希望实现低成本发电的新型光伏技术之一。

钙钛矿电池分为正型n-i-p电池和反型p-i-n电池。目前高效率的钙钛矿电池大都基于正型器件，其电池效率为25%，反型钙钛矿电池的最高效率则在22-23%。但反型钙钛矿电池可低温制备、工艺简单、稳定性好，能够和晶硅电池兼容，实现叠层电池的制备。此外，它还无需使用具有光催化活性的TiO2以及掺杂的有机空穴传输层，光照下的输出稳定性更好，更具发展潜力。因此，如何实现高效稳定反型器件的制备，是钙钛矿电池研究领域的焦点和难点问题。

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经过反复实验论证，课题组采用构筑表面异质结、提高器件内建电场的思路，先在钙钛矿表面旋凃吡啶-2-羧酸铅制备富铅层，随后用高反应活性的六甲基二硅硫醚进行硫化，实现钙钛矿表面费米能级的上移和能带弯曲，从而在界面处引入额外电场，构建出高效的界面异质结，显著提高了器件开路电压。基于此方法，他们采用含羧酸基团聚噻吩衍生物作为空穴传输层、富勒烯衍生物PCBM作为电子传输层，首次将反型钙钛矿电池的转化效率提高到24%以上。

研究团队还实现了电池稳定性的大幅提升。“对于所有的太阳能电池来说，没有稳定性就没有应用。”论文第一作者李晓冬说，稳定性是目前制约钙钛矿电池走向商业化应用的一个关键瓶颈问题。

他们发现，Pb-S键强度远高于钙钛矿中的Pb-I键，可以有效抑制老化过程中钙钛矿的衰减，同时Pb-S与钙钛矿的晶格参数接近，能够进一步稳定钙钛矿的晶体结构，从而实现电池稳定性的大幅提升。该电池经过2200小时的高温加速老化（85 oC），效率可以保持在初始值的91.8%。光照下（55o±5 oC），经过1000小时的连续最大功率输出加速老化测试，效率也能够稳定在初始值的90%以上。

这项工作为反型钙钛矿电池的研究提供了一个新的思路与方向。通过合理优化设计，完全可以实现兼具高效率和高稳定性的反型钙钛矿电池。研究团队表示，将继续探索构建高效界面异质结的新方案，提升器件效率和稳定性，同时开展大面积钙钛矿电池模组的研究，推动钙钛矿电池走向商业应用。

该研究由华东师范大学物理与电子科学学院与中国科学院宁波材料所合作完成。李晓冬副研究员为论文第一作者，方俊锋教授为论文通讯作者。