西班牙拉科鲁尼亚大学揭示银接触层导致钙钛矿电池制造初期降解

维度网讯，西班牙拉科鲁尼亚大学（Universidade da Coruña）化学与生物学跨学科中心（CICA）的udcsolids小组参与的一项国际研究揭示，钙钛矿太阳能电池在制造过程中，内部各层之间会发生化学反应和离子运动，部分常用金属接触材料可能在制造初期就引发电池降解。

这项研究针对的是钙钛矿太阳能电池商业化面临的一个障碍。研究团队在高度受控条件下重现了电池的内部界面，并逐层分析组装过程中的物理化学变化。结果显示，器件内部存在离子运动，以及能够改变钙钛矿结构的化学反应。钙钛矿是负责吸收光并产生电力的关键材料。

研究团队在碘化铅钙钛矿单晶上构建了一个模型器件，通过热蒸发依次沉积常用的功能层：一层有机电子传输层、一层作为屏障的有机层、一层作为金属接触的银层。光谱测量表明，这些层在接触时会重新调整能级，这一过程有利于电荷传输。

在稳定性方面，有机层能形成化学稳定的界面，但银会降解钙钛矿并生成金属铅。研究证实，足够厚的有机屏障可以减轻这种降解，因为它能起到保护层作用并留住部分银。不过，传输材料仍允许铅离子和碘离子通过，这些离子从钙钛矿迁移到金属接触处并在此积累。

使用单晶可以研究钙钛矿的固有稳定性，从而最大限度减少薄膜中存在的缺陷和晶界影响。研究同时强调，降解发生在组装过程中，无需环境暴露，也会影响其他类似的钙钛矿。

这项研究强调了保护吸收层、制定阻止离子迁移并维持有利能级对齐策略的必要性。研究证实，某些保护层可以减少部分此类降解过程，为设计更稳定、更耐用的器件提供了有用信息。

Alberto García指出，要将这些结果应用于光伏产业，钙钛矿p-i-n太阳能电池板的制造应优先考虑层厚度的优化，因为研究已证明这对防止降解至关重要。他还建议制造商开发渗透性较低的传输层以减轻离子迁移，这是一种甚至在顶层组装过程中就已开始的降解过程。

García表示，工业设计将朝着更严格的界面控制方向发展，以最大化接触材料之间有利的能级重新对齐，从而提高效率和长期运行稳定性。他目前不知道有行业公司联系过该大学，探讨这些成果的工业应用。

García总结说，这些结果表明，器件的制造方式对其性能和寿命有直接影响。未来，优化构成器件的各层、更好地控制不同材料之间的界面、开发更稳定的结构以减少降解过程将非常重要，这些都有助于获得更高效、更耐用、更可靠的器件。

这项研究由拉科鲁尼亚大学与瑞典乌普萨拉大学（Uppsala University）合作完成，以“Energetics and chemistry at electron selective interfaces for p-i-n perovskite solar cells: an in situ investigation”（p-i-n钙钛矿太阳能电池电子选择性界面的能量学与化学：一项原位研究）为题，发表在科学期刊《ESS Solar》上。