上海交通大学环境科学与工程学院教授赵一新、副研究员缪炎峰团队，设计开发了一种杂质修复的界面工程新策略，解决了工业化大规模制备钙钛矿模组中面临的大面积引发杂质累积效应的关键科学问题。同时，团队联合联合宁德时代21C创新实验室教授欧阳楚英团队，成功实现了光电转换效率超过22%的30厘米×30厘米大尺寸高性能钙钛矿光伏模组。9月26日，相关研究发表于《自然》。
包括铜铟镓硒（CIGS）在内的多元组分薄膜太阳能电池，具有大面积模组整体一次性制备优势。但由于局部杂质、组分偏析以及结构缺陷的累积效应等问题，此类太阳能电池的制备，长期面临组件成品率低和大面积效率低的困扰。
钙钛矿太阳能电池面临着同样的难题，关键原因是在大面积制备的结晶过程中，会出现多种类型的杂质和组分偏析。这些杂质的累积效应严重制约模组的性能提升，还会影响钙钛矿太阳能电池的运行稳定性，严重制约钙钛矿太阳能电池的产业化。
为解决以上问题，研究团队报道了一种基于环己烯基乙胺盐（CHEA）的低维钙钛矿CHEA2PbI4的新型杂质修复策略。CHEA2PbI4钙钛矿的导电性能优异，经过CHEAI（CHEA的钝化剂）界面工程处理后，三维钙钛矿薄膜中的杂质可以完全转化为性能优秀的二维CHEA2PbI4钙钛矿。
研究团队进一步观察材料的微观结构发现，CHEAI处理可以在钙钛矿薄膜表面和晶界形成有效钝化缺陷的二维CHEA2PbI4覆盖层，保障了钙钛矿薄膜稳定化，并为高效的电荷传输提供了通道，小面积器件中的填充因子可以达到0.86的高水平。更为重要的是，基于CHEAI的杂质修复界面工程具有工艺容忍性好、操作窗口宽的优势，非常适合大面积器件制备的工艺扩展，实现了大面积薄膜的杂质修复。
杂质修复后的钙钛矿薄膜及大面积高效率模组。图片由研究团队提供
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08073-w
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