近日，来自宁波科技大学、湖南工程学院、杭纳纳米制造设备有限公司和马来西亚沙巴大学的研究人员开发了一种具有基于铅碳负离子 (Pb–C) 的界面钝化器的倒置钙钛矿太阳能电池。据报道，该器件实现了倒置钙钛矿 PV 器件有史以来最高的开路电压。铅碳负离子层负责减少钙钛矿层和电子传输层之间界面处的缺陷。
倒置钙钛矿电池或“p-i-n”电池结构
倒置钙钛矿电池或“p-i-n”电池在内禀钙钛矿层 i 的底部具有空穴选择性触点 p，电子传输层 n 位于顶部。传统的卤化物钙钛矿电池具有相同的结构，但结构相反——“n-i-p”布局。在 n-i-p 结构中，太阳能电池通过电子传输层 (ETL) 侧被照亮；在 P-I-N 结构中，它通过空穴传输层 (HTL) 表面被照亮。倒置钙钛矿太阳能电池以其令人印象深刻的稳定性而闻名，但一直受到相对较低的效率的阻碍。这个问题主要出现在钙钛矿层与电子传输层相遇的地方，导致能量损失而不是转化为有用的功率，主要是由载流子复合引起的，尤其是在钙钛矿和电子传输层之间的界面处。
铅碳负离子络合物的作用
该团队解释说，铅碳负离子络合物是探索和了解最少的碳络合物物种之一，到目前为止，仅在液相中观察到。在他们最近的工作中，研究人员报告了块状铅碳阴离子络合物的合成，并着手探索它们对钙钛矿太阳能电池光电特性的影响。
科学家们解释说，在碳负离子处理下，残留的铅阳离子 (Pb2+) 在界面上可以被中和并完全协调。他们使用光致发光 (PL) 映射和扫描电子显微镜 (SEM) 图像对钙钛矿薄膜的特性进行了全面研究，发现碳负离子钝化减少了富含缺陷的结构域并减少了钙钛矿表面的晶粒隔离。
实验装置与性能
该小组用由氧化铟锡 (ITO) 制成的衬底、作为 HTL 的自组装单层 (SAM)、钙钛矿吸收剂、Pb-C 钝化剂、基于苯基 C61-丁酸甲酯 (PCBM) 的 ETL、浴铜碱 (BCP) 缓冲层和银 (Ag) 金属触点制造了太阳能电池。
据报道，在标准照明条件下进行测试，该设备的效率高达 25.16%，开路电压为 1.17 V，短路电流密度为 25.30 mA/cm²，填充因子为 85.0%。
据科学家称，性能主要归因于 1.17 V 的高开路电压和 0.38 V 的最小电压损耗。据说该团队实现了倒置钙钛矿 PV 器件有史以来最高的开路电压。
未来展望
展望未来，该研究小组正计划研究其他具有不同阳离子的铅碳阴离子络合物，预计这些络合物将合成更多的晶体，并且应该会找到太阳能光伏以外的应用。这一突破不仅提高了倒置钙钛矿太阳能电池的效率，还为未来的光伏技术发展提供了新的方向。
