鈣鈦礦太陽能電池（PSC）由鈣鈦礦光吸收層下方的電子傳輸層和上方的電洞傳輸層所構成。儘管這種設計已經產生了很高的實驗室性能，但它在擴大大面積製造和長期穩定性方面面臨障礙。
反向 PSC 交換這兩個傳輸層的位置。這種反向架構提供了高功率轉換潛力，並且與適合大規模生產的解決方案為基礎的處理方法配合良好，使其成為一種有吸引力的光伏設計。
儘管有這些優點，倒置 PSC 仍受到底部界面（也稱為埋入界面）問題的限制，其中鈣鈦礦層與電洞傳輸層接觸。在這個隱藏的連接處，可能會出現微觀結構不規則性和電子缺陷，從而隨著時間的推移降低效率和耐用性。
用於界面控制的晶體溶劑化物預先生長
為了解決這個問題，中國科學院青島生物能源與製程研究所（QIBEBT）的研究人員引進了一種晶體溶劑化物（CSV）預播種技術，可以精確控制這個關鍵的背景介面。他們的方法支持高效鈣鈦礦太陽能模組的開發。研究結果發表於 自然的綜合 2月27日
此過程首先將化學式為 PDPbI4·DMSO 的低維鹵化物晶體溶劑化物種子沉積在特製的自組裝單層 (SAM) 改性基板上。這些 CSV 奈米晶體可作為隨後生長的鈣鈦礦晶體的結構指南。
棒狀 CSV 奈米晶體改善了鈣鈦礦前驅物在通常防水的 SAM 表面上的鋪展方式，從而實現更均勻的覆蓋。隨著結晶的進行，預先沉積的奈米晶體充當眾多的成核中心，加速並引導鈣鈦礦層的形成。
網路限制溶劑退火提高穩定性
此策略的關鍵要素是嵌入 CSV 晶體結構中的二甲基亞砜 (DMSO) 分子。在熱退火過程中，這些 DMSO 分子逐漸釋放，在底部界面形成研究人員所說的「網絡限制溶劑退火」環境。
這種局部溶劑氣氛促進晶粒重排和生長，與生長的結晶過程一起形成更均勻和穩定的薄膜。
該研究的第一作者 Xiuhong Sun 博士說：“我們開發了一種綜合方法，可以同時解決結晶調節和界面穩定問題。” “即使在難以精確控制的埋地界面上，這種策略也能提供良好的性能。”
高效率大面積太陽能電池組件
透過減少界面空隙並平滑晶界凹槽，該方法在鈣鈦礦薄膜（鈣鈦礦「底層」）內創建緻密、高度取向的區域。這種結構改進提高了電子性能，並提高了對熱和光引起的應力的抵抗力。
研究人員將CSV預播種方法與狹縫塗覆製程結合，製造出孔徑面積為49.91 cm的鈣鈦礦太陽能電池組件。2。該元件實現了23.15%的功率轉換效率。從小型實驗室電池到較大的微型模組，效率下降不到 3%，這一結果超過了許多先前報告的研究。
「這項技術透過誘導結晶和掩埋界面恢復相結合，克服了長期存在的尺寸效應造成的縮放瓶頸，」龐樹平教授說。 「除了在鈣鈦礦光伏中的直接應用之外，晶體溶劑化物預種子概念還建立了一個多功能材料平台：通過調整有機陽離子和溶劑分子，可以設計多樣化的 CSV 材料庫，為鈣鈦礦光伏和類半導體軟網絡光電器件中的界面工程開闢了新範例。」
