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近日，我校化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院張?zhí)柛苯淌谂c李向清教授課題組在基于碳電極的無空穴傳輸層鈣鈦礦太陽能電池研究領(lǐng)域取得重要進展，相關(guān)成果發(fā)表在化學(xué)領(lǐng)域頂刊Angew. Chem. Int. Ed.上，論文第一作者為化工學(xué)院2022級研究生黃國鵬，張?zhí)柛苯淌诤屠钕蚯褰淌跒檎撐耐ㄓ嵶髡撸倚槲ㄒ煌ㄓ崋挝弧?br>

鈣鈦礦太陽能電池具有制造條件溫和、光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，是新一代光伏技術(shù)中最具應(yīng)用潛力的技術(shù)。高效率鈣鈦礦太陽能電池通常使用貴金屬如金銀作為電極，貴金屬的成本較高，同時會與鈣鈦礦中擴散的鹵素離子發(fā)生反應(yīng)，長期穩(wěn)定性受限。使用化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的碳電極代替常規(guī)的貴金屬電極可以進一步降低鈣鈦礦太陽能的制造成本，同時顯著提升器件的穩(wěn)定性。碳電極可以獨立于鈣鈦礦預(yù)先制備成碳膜，隨后再層壓到鈣鈦礦薄膜上，進一步簡化太陽能電池器件的工藝流程，為產(chǎn)品流水線工藝設(shè)計提供了更豐富的選擇。

碳膜的表面粗糙度巨大，同時可塑性較差，當(dāng)層壓到較為光滑的鈣鈦礦表面時，難以形成致密、保形的界面接觸，從而造成界面處載流子累積復(fù)合，界面處的孔洞也成為水分入侵的通道，降低了器件的性能，以上因素造成目前基于碳膜層壓策略制備的無空穴傳輸層碳電極電池的器件效率遠(yuǎn)低于其他碳電極體系。

鑒于此，我校科研團隊提出了利用機械化學(xué)原位重構(gòu)碳電極與鈣鈦礦界面的策略。研究首先使用甲胺氯鹽對鈣鈦礦薄膜表面進行化學(xué)活化，氯離子和甲胺離子的引入使得表面的鈣鈦礦轉(zhuǎn)化成非晶態(tài)的中間相，納米壓痕測試表明中間相的生成顯著降低了鈣鈦礦薄膜的硬度，提升了薄膜的可塑性。在將碳膜機械熱壓到活化后的鈣鈦礦表面時，中間相開始重新結(jié)晶為鈣鈦礦，該過程中鈣鈦礦通過奧斯瓦爾德熟化生長為結(jié)晶性更好、晶粒更大的鈣鈦礦薄膜。更重要的是，在壓力和溫度的驅(qū)動下，鈣鈦礦薄膜的再生長過程與碳膜的固化可以同步進行，利用二者的可塑性動態(tài)重構(gòu)了兩者之間的界面，有效解決了因界面接觸導(dǎo)致的器件效率低下難題，將基于層壓碳膜的無空穴傳輸層鈣鈦礦太陽能電池的效率提升到20%以上。上述將機械壓力與化學(xué)活化結(jié)合的策略為鈣鈦礦太陽能電池的界面調(diào)控提供了新的思路和選擇。