因其高功率转换效率和低成本，钙钛矿太阳能电池(PVSC)成为传统硅基太阳能电池一种颇具前景的替代品。然而，其发展的主要挑战之一是实现长期稳定性。
最近，香港城市大学的一个研究小组开发出一种创新的多功能和非挥发性添加剂，实现了突破。这种添加剂可以通过调节钙钛矿薄膜的生长来提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。这种简单有效的策略对于推进PVSC的商业化有着巨大的潜力。
"这种类型的多功能添加剂一般可用于制备不同的钙钛矿组合物，用于制造高效稳定的钙钛矿太阳能电池。”领导这项研究的香港城市大学材料科学讲座教授兼香港清洁能源研究所所长Alex Jen Kwan-yue教授解释称，"高质量的钙钛矿薄膜可以实现大面积太阳能组件的升级。”
由于令人印象深刻的太阳能转换效率，PVSC已经引起了极大的关注。由于钙钛矿可以从溶液中沉积到制造表面，因此PVSC有可能被用于建筑一体化光伏(BIPV)、可穿戴设备和太阳能电站应用。
然而，效率和稳定性仍然受到与钙钛矿界面和晶界嵌入缺陷有关的、严重能量损失的影响。因此，在决定PVSC可实现的效率和稳定性方面，钙钛矿薄膜的内在质量发挥着关键作用。
尽管此前的许多研究都集中在用挥发性添加剂来改善薄膜的形态和质量，但这些添加剂在退火后往往会从薄膜中逸出，在钙钛矿-基板界面产生空隙。
为了解决这些问题，城大的研究人员开发出一种简单有效的、通过调节钙钛矿薄膜的生长以提高薄膜质量的策略。他们发现，通过在钙钛矿前体中加入一种多功能分子(4-胍基苯甲酸盐酸盐，(GBAC))，形成氢键桥接的中间相并对结晶进行调控，可以获得高质量的钙钛矿薄膜，其钙钛矿晶体晶粒大，晶粒从薄膜底部向表面连贯生长。
由于该分子的不挥发性，它还可以作为退火后的钙钛矿薄膜中有效的缺陷钝化连接剂(一种降低钙钛矿薄膜缺陷密度的方法)，从而显著降低非辐射复合损耗，改善薄膜质量。
他们的实验表明，引入GBAC后，钙钛矿薄膜的缺陷密度显著降低。基于改性钙钛矿的倒置(p-i-n)，钙钛矿太阳电池组件的功率转换效率提升至24.8%(日本电气安全与环境技术实验室认证的24.5%)，这是文献报道的最高值之一。
同时，该器件的总能量损失降至0.36eV，是具有高功率转换效率的PVSC器件中能量损失最低的器件之一。
此外，在充满氮气的手套箱中，在65±5℃下连续加热时，未封装的器件表现出超过1000小时的更好的热稳定性，同时保持了98%的原始效率。
研究小组证明了这一策略对不同钙钛矿成分和大面积器件的普遍适用性。例如，实验中一个较大面积的器件(1平方厘米)用这种策略实现了22.7%的高太阳能转换效率，表明了在制造可扩展的高效PVSC方面的巨大潜力。
"这项工作为实现优化的钙钛矿薄膜质量提供了一条清晰的路径，可以促进高效稳定的钙钛矿太阳能电池的开发及其在实际应用中的升级。”
在未来，这一团队的目标是通过成分和界面设计进一步扩展分子结构并优化器件结构。他们还将专注于大面积器件的制造。
责任编辑：周末
