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鈣鈦礦太陽能電池是一種具有顛覆意義的新型光伏技術，其小面積器件認證效率已經(jīng)超過了25%，已超過了多晶硅、CdTe、CIGS等商業(yè)化太陽能電池，直追晶硅太陽能電池，且未來仍存在很大的提升空間，顯示出巨大的應用前景。然而，鈣鈦礦太陽能電池在大面積制備以及長期穩(wěn)定性方面仍具挑戰(zhàn)，嚴重制約著其產(chǎn)業(yè)化進程。因此，開發(fā)高效高穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能模組制備策略有望推動鈣鈦礦太陽能電池的實際應用。

針對上述問題，該研究通過對ITO/SnO₂/perovskite/HTM/Au結構鈣鈦礦太陽能模組進行系統(tǒng)界面工程優(yōu)化器件光伏性能及穩(wěn)定性。如圖1所示，具體包括：1）使用EDTAK修飾SnO₂電子傳輸層，通過酸堿中和消除SnO₂中的堿，獲得更穩(wěn)定的SnO₂/鈣鈦礦界面，同時調(diào)控SnO₂/鈣鈦礦界面能級匹配，促進界面電荷傳輸；2）對FAMACs基鈣鈦礦表面進行EAI/MAI界面修飾，構筑穩(wěn)定性更優(yōu)的EAMA鈣鈦礦，提高鈣鈦礦層穩(wěn)定性，鈍化表面缺陷，同時調(diào)控鈣鈦礦/空穴傳輸層界面能級匹配，促進界面電荷傳輸；3）在常用小分子空穴傳輸層spiro-OMeTAD中引入少量的高分子空穴傳輸材料P3HT形成復合空穴傳輸層，改善空穴傳輸層穩(wěn)定性；4）對鈣鈦礦太陽能模組器件進行聚對二甲苯（Parylene）封裝，實現(xiàn)可靠的薄膜封裝，不僅抑制水氧對鈣鈦礦太陽能模組的侵蝕，也能夠有效避免鈣鈦礦分解產(chǎn)物的揮發(fā)，進一步提高器件穩(wěn)定性。

圖1 基于系統(tǒng)界面工程的高效高穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能模組結構及界面示意圖。

如圖2 所示，基于上述系統(tǒng)界面工程策略，在5 cm×5 cm基板上制備的鈣鈦礦光伏模組獲得了16.6%的效率（限定輻照面積22.4 cm²），在氮氣氣氛中、實測器件溫度約40^oC、連續(xù)光照工作老化條件下，其T₉₀（效率衰減到初始效率的90%的時間）超過1570小時，T₈₀（效率衰減到初始效率的80%的時間）超過2680小時，同時鈣鈦礦太陽能模組的光伏性能和穩(wěn)定性均具有良好的可重現(xiàn)性。

圖2 基于系統(tǒng)界面工程的高效高穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能模組a）光學照片，b）J-V曲線，及c）d）連續(xù)光照工作老化條件下轉換效率變化曲線。

鈣鈦礦太陽能電池的大面積制備以及穩(wěn)定性是實現(xiàn)其實際應用的關鍵性挑戰(zhàn)，該研究成果為高效高穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能模組的制備提供了創(chuàng)新思路，將進一步促進鈣鈦礦太陽能電池的研究和發(fā)展，對發(fā)展能源新材料和新技術具有重要科學意義和應用價值。該研究得到了日本沖繩科學技術大學院大學（第一單位）、華中科技大學、南方科技大學、日本國家產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所的支持。