中美大学携手 提升30%钙钛矿光电转换效率

美国纽约大学、耶鲁大学、约翰霍普金斯大学与中国北京大学、电子科技大学携手合作，近日宣布已突破当前钙钛矿电池商业化难题，将光电转换效率从13%提升到17%。

近年来科学家发现钙钛矿在太阳能光伏发电方面的应用潜力，使其光电转换效率在9年间提升6倍，从2009年的3.8%进步到如今的22.7%，更有不少研究团队透过串叠设计将硅与钙钛矿结合，将光电转换效率突破至25%。

但世上也没那么双全的事情，钙钛矿并非全能的技术，该种太阳能电池含有毒元素铅、并存在遇热衰减问题，科学家也难以在钙钛矿晶体上均匀覆涂电子传输层(electron transport layer，ETL)。虽然现在科学家已研发出无铅或是无机钙钛矿解决部分问题，实验室电池的转换效率也逐年提高，更已达到小规模商业化，但如何使用低成本方式均匀覆涂ETL层，一直是科学家绞尽脑汁想突破的障碍。

太阳能光伏发电结构很像三明治、通常都是层层叠叠堆起，而钙钛矿电池由上至下为玻璃、导电玻璃FTO、带负电的ETL、光敏层、正电的空穴传输层(HTM)和金属电极，ETL与HTM位置则会依据不同钙钛矿设计互换，而所谓的PIN结构即是HTM→光敏层(i)→ETL。

纽约大学坦登工程学院化学与生物分子系助理教授Andre D. Taylor表示，这类电池当前挑战在于，要怎么组装才不会破坏电池其他结构?因此目前PIN的ETL设计研究非常少。

其中最为常见技术为旋涂法(spin-coating)，利用向心力将ETL溶液分布在钙钛矿基底上，但是这种技术仅限于小范围涂布，也不适合当今的卷对卷(roll-to-roll)大型钙钛矿制程，采用此方式也会让ETL分布不均匀，进而降低太阳能电池性能。

因此团队透过喷涂ETL方式，大大减少钙钛矿成本，并可利用该方式达成大范围覆涂，让科学家打造大型太阳能板之余，还可确保电池性能。为进一步提升电池性能，研究也利用化合物苯—丁酸甲基酯(PCBM)来改进导电性、提高光捕获性能。

与其他方式相比，钙钛矿光电转换效率已从13%提高到17%、提升幅度高达30%，研究更显示可大大减少电池缺陷。

Taylor指出，团队的喷涂方法简洁、再现性佳(reproducible)又可扩大规模。采用该喷涂方式或许可大大改善钙钛矿太阳能电池效率，并有望为pin型钙钛矿太阳能电池技术铺路。该研究目前已发表在《Nanoscale》。