2 月 27 日消息，今日，《科學》（Science）在線發表了武漢大學物理科學與技術學院教授王植平課題組在高效、穩定鈣鈦礦太陽能電池領域取得的最新研究成果。
該論文提出一種“原子尺度界面鍵合”技術，采用原子層沉積工藝，在電池內部關鍵界面引入可調控的氧化鉿（HfOx）中間層，從原子尺度上同步穩定空穴與電子傳輸界面，成功解決了長期制約鈣鈦礦太陽能電池發展的效率與穩定性難以協同提升的難題。
據介紹，實現光電器件的高效穩定運行，關鍵在于構建牢固、可靠的電荷傳輸界面。當前高性能鈣鈦礦電池普遍采用有機分子層進行界面修飾，然而該類材料在持續光照與高溫環境下穩定性不足，易引發性能衰減，制約了器件的實際應用壽命。
針對這一挑戰，課題組發展的原子尺度界面鍵合技術，利用原子層沉積工藝在空穴傳輸層界面制備了經過退火處理的 n 型 HfOx 中間層。該層富含羥基并呈現路易斯酸性，可與自組裝分子形成強度更高的三齒配位結構，在原子尺度實現了界面分子的牢固鍵合，顯著提升了界面的熱穩定性和機械附著力。在電子傳輸層一側，p 型 HfOx 中間層則通過強的 Hf···F 鍵合作用錨定鈍化分子，有效抑制了其在高溫下的脫附，并阻斷了碘離子向金屬電極的遷移，從而從源頭上延緩了器件性能的衰退。
基于該技術制備的 p-i-n 型鈣鈦礦太陽能電池獲得了 27.1% 的功率轉換效率（第三方認證效率 26.6%），并在 85°C、持續 1 個太陽光照條件下運行超過 5000 小時后，仍能保持初始效率 90% 以上的性能，其高溫工作壽命（T90）達到對照器件的 25 倍。該工作不僅實現了效率與穩定性的雙重突破，更揭示了通過無機氧化物中間層實現原子級精準界面鍵合、調控電荷分布與抑制離子遷移的多重協同穩定機制。該技術路線所采用的原子層沉積技術與大面積生產工藝兼容性強，為推進鈣鈦礦光伏技術的產業化應用提供了關鍵界面解決方案。
該工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃以及武漢大學科研公共服務條件平臺的支持。
論文題為“Hafnium oxide interface stabilization for efficient, photothermally stable perovskite solar cells”（《氧化鉿界面穩定策略實現高效、光熱穩定的鈣鈦礦太陽能電池》）。武漢大學物理科學與技術學院博士后楊遠航、博士研究生程思陽為共同第一作者，王植平為通訊作者，武漢大學為第一署名單位。
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