记者10日从中国科学院半导体研究所获悉，该所游经碧研究员团队在钙钛矿太阳能电池领域取得重要进展，研发出光电转换效率为27.2%的钙钛矿太阳能电池原型器件，并显著提升了其运行稳定性，为钙钛矿太阳能电池的产业化发展奠定了关键基础。相关研究成果在线发表于《科学》杂志。
钙钛矿太阳能电池作为一种新型光伏技术，其光电效率在过去十多年里从最初的3.8%迅速提升至26%以上，但距离其理论极限仍有差距。要实现高效率，制备高质量的钙钛矿薄膜是关键。甲基氯化铵因能同时降低钙钛矿成核势垒并促进晶体高质量生长，被广泛用作钙钛矿薄膜生长的辅助材料。
在这项研究中，科研人员发现，在传统工艺中，甲基氯化铵中的氯离子在薄膜结晶过程中会向上表面迁移并富集，导致钙钛矿层在垂直方向上氯元素分布不均。这种不均匀性会引发表面缺陷和界面电子势垒，增加载流子复合，影响电池性能与长期稳定性。
为解决这个问题，科研人员提出了一种能在垂直方向使氯元素均匀化分布的策略。他们在薄膜生长过程中引入碱金属草酸盐，利用其解离出的钾离子与氯离子之间的强结合作用，有效抑制了氯离子的无序迁移，使其在钙钛矿层中均匀分布。
采用该方法制备的钙钛矿薄膜质量显著提升：载流子寿命延长至20微秒，界面缺陷密度大幅降低。基于该薄膜所研制的太阳能电池经多家权威机构认证，实现了27.2%的光电转换效率。在稳定性方面，电池在持续运行1529小时后，仍能保持初始效率的86.3%；在85℃光热耦合加速老化条件下运行1000小时后，也维持了82.8%的初始效率。
据悉，这一研究实现了钙钛矿太阳能电池效率与稳定性方面的协同提升，将为推进钙钛矿太阳能技术的产业化发展提供重要支撑。
（中国科学院半导体研究所供图）
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