近日，中国华侨大学的科学家们设计了一种钙钛矿太阳能电池，它利用空穴选择性夹层抑制离子扩散来提高器件的稳定性。
离子迁移被认为是钙钛矿太阳能电池不稳定的关键原因。当钙钛矿薄膜中的软晶格和相对较弱的键导致缺陷的形成能较低时，就会发生这种情况，因此热和光很容易激活钙钛矿晶格内的离子缺陷。离子的积累使局部晶体结构变形并降解钙钛矿膜，包括电子传输层 (ETL) 和空穴传输层 (HTL) 以及电极。
研究人员解释说：“在钙钛矿太阳能电池中加入空穴选择性夹层的想法受到质子交换膜 (PEM) 燃料电池的启发，其中 PEM 充当质子导体，同时阻止其他化学物质的扩散。“设计阻止层间离子扩散的内部屏障对于提高钙钛矿太阳能电池的使用寿命至关重要。”
研究小组使用一种称为 PDTBT2T-FTBDT (D18) 的超薄聚合物材料构建了空穴选择性中间层，据报道，由于其稀释溶液的高流动性，该材料可在钙钛矿薄膜表面提供保形覆盖。它还具有与钙钛矿吸收器和 Spiro-OmetaD HTL 相匹配的能级对齐功能。
学者们通过在钙钛矿膜顶部旋涂 D18 的热氯苯 (CB) 溶液来沉积夹层，据报道，这导致了致密膜的形成。他们用玻璃和掺氟锡氧化物 (FTO) 制成的衬底、基于氧化锡 (SnO2) 的 ETL、钙钛矿吸收剂、D18 中间层、Spiro-OmetaD HTL 和金 (Au) 金属触点构建了太阳能电池。
该小组评估了夹层驻留离子扩散的有效性，发现与最常用的聚合物 P3HT 和 PTAA 相比，它提供了卓越的性能。“结果表明，D18 层在热应力下具有强大的离子阻挡能力，”它进一步解释说。“D18 与钙钛矿晶粒和晶界紧密接触，提供保形覆盖。”
建议的 0.12 厘米2在标准照明条件下对太阳能电池进行了测试，发现其功率转换效率为 26.39%，开路电压为 1.185 V，短路电流为 26.54 mA cm-2，填充因子为 83.92%。相比之下，没有 D18 层的参考电池的效率为 24.43%，开路电压为 1.152 V，短路电流为 26.39 mA cm−2，填充因子为 80.37%。
“我们已经证明，聚合物 D18 夹层的引入可以有效地阻止钙钛矿太阳能电池内的层间离子扩散，同时保持高效的空穴传输，从而显着提高 n-i-p 电池的稳定性，认证效率超过 26%，”研究人员说，并指出该电池还能够在 1,100 小时后保持 95.4% 的初始效率。
他们还声称该设备是目前“最稳定”的钙钛矿太阳能电池，具有很高的效率水平。
新电池概念在最近发表在《自然通讯》上的研究“Ultrathin polymer membrane for improved hole extraction and ion blocking in perovskite solar cells”中提出。
责任编辑：周末
