近日，国际顶级期刊《Nature》发表题为“Impurity-healing interface engineering for efficient perovskite submodules”的最新学术论文。该成果由我实验室欧阳楚英教授与上海交通大学赵一新教授、缪炎峰教授作为共同通讯作者合作完成。这是我校物理学发展史上首次在该国际最顶级期刊上发表重大成果，极大地提升了物理学科的学术影响力。同时，标志着在凝聚态物理研究领域取得了重大突破。该研究工作开发了一种杂质修复界面工程策略，可以很好地解决小面积太阳能电池和大规模子模块中的这一问题。此项工作全面解决了大面积钙钛矿薄膜面临的杂质多、导电性差、均一性差等难题，为进一步提升大面积钙钛矿光伏模组性能提供了重要思路。成果于2024年9月26日发表于国际顶级期刊《Nature》。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08073-w

成果简介：

不同于单一组分和由单个小面积单晶器件组装的单晶硅电池，整体制备的多元组分太阳能电池，如铜铟镓硒（CIGS）等薄膜电池，长期面临成品率低和大面积效率低的困扰。背后的关键科学问题是大面积制备多元组分太阳能电池难以避免局部杂质或者结构缺陷的生成，导致整体性能及成品率的降低。作为未来光伏重要方向的钙钛矿太阳能电池也同样面临着大面积模组效率降低并影响成品率的难题。其中的关键原因是多元组分的钙钛矿在大面积制备的结晶过程中出现多种类型的杂质，如黄相非钙钛矿、碘化铅以及表界面缺陷等，该类问题在小面积器件上可以通过多种方法解决或避免，但是在大面积制备中，这些杂质的累积效应严重制约模组的性能提升。

图1 基于2D CHEA₂PbI₄的杂质修复界面工程

为解决上述问题，赵一新、欧阳楚英、缪炎峰团队提出了一种基于环己烯基乙胺盐的低维钙钛矿CHEA2PbI4的新型修复策略。不同于导电性欠佳的传统二维（2D）钙钛矿，CHEA2PbI4钙钛矿的导电性能优异。通过CHEAI界面工程处理，三维钙钛矿薄膜中的碘化铅、黄相非钙钛矿等杂质均可以完全转化为性能优秀的2D CHEA2PbI4钙钛矿。对微观结构的研究表明，CHEAI处理在钙钛矿薄膜表面和晶界形成CHEA2PbI4覆盖层和通道，从而全面修复薄膜中杂质并为太阳能电池中电荷的提取提供了高效的传输通道。基于CHEAI界面工程的处理工艺具有操作窗口宽的优势，溶液浓度对杂质修复的影响较小，可以实现对大面积薄膜更加均一的修复效果，具有很好的大面积器件制备的工艺扩展性。

图2 杂质修复后的钙钛矿薄膜及大面积高效率模组

上述杂质修复的界面工程成功应用于30 cm × 30 cm大面积模组，获得了文献报道的国际领先22.80%的开口面积效率（第三方认证效率22.46%）。此项工作全面解决了大面积钙钛矿薄膜面临的杂质多、导电性差、均一性差等难题，为进一步提升大面积钙钛矿光伏模组性能提供了重要思路。