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近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所薄膜太陽能電池研究組副研究員王開和研究員劉生忠團(tuán)隊采用狹縫涂布制備技術(shù)，結(jié)合真空法氧化鎳薄膜的表面氧化還原策略，制備出高性能大面積鈣鈦礦太陽電池組件。

目前，實(shí)驗室尺寸的鈣鈦礦太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到25%以上，制備大面積鈣鈦礦電池并推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程已經(jīng)成為該領(lǐng)域的主要發(fā)展方向之一。雖然鈣鈦礦電池的重要優(yōu)勢之一是與溶液制備路線兼容，但在大面積器件制備過程中，僅有百納米厚的鈣鈦礦層適合采用溶液法制備，而電荷傳輸層厚度僅為幾十納米，在現(xiàn)階段很難采用溶液法制備出均勻無孔的大面積電荷傳輸層。

相比之下，真空沉積技術(shù)更加可控，更為適合制備超薄的大尺寸薄膜。因此，該團(tuán)隊提出采用將真空制備的電荷傳輸層和溶液法制備的鈣鈦礦層相結(jié)合構(gòu)筑大面積電池的策略。但在研究中發(fā)現(xiàn)，真空制備的氧化鎳空穴傳輸層表面相對疏水，減弱了鈣鈦礦前驅(qū)液的粘附力，同時氧化鎳表面存在的大量高價鎳離子會分解鈣鈦礦，形成界面勢壘并導(dǎo)致非電容滯后效應(yīng)，最終影響器件性能和穩(wěn)定性。

針對上述問題，該團(tuán)隊提出一種簡單的表面氧化還原工程（Surface Redox Engineering，SRE），實(shí)現(xiàn)對電子束蒸發(fā)氧化鎳薄膜表面性質(zhì)的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，SRE可以有效改善氧化鎳表面的潤濕性，確保真空制備氧化鎳與溶液制備鈣鈦礦技術(shù)的兼容性；同時，通過合理調(diào)節(jié)氧化鎳薄膜表面不同價態(tài)鎳離子的比例，可以改善氧化鎳/鈣鈦礦界面的電學(xué)性能，并提升了界面穩(wěn)定性。在剛性和柔性襯底上制備的小面積反式電池上，光電轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到23.4%和21.3%，并且具有極佳的穩(wěn)定性。此外，研究團(tuán)隊在早期的工作基礎(chǔ)上（Advanced Materials，2020），在面積為156×156 mm2的大面積襯底上成功制備了大面積鈣鈦礦電池組件，能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到18.6%，且表現(xiàn)出極佳的穩(wěn)定性。該工作提出的表面氧化還原工程，提供了一種將真空制備的電荷傳輸層與溶液制備的鈣鈦礦相結(jié)合的設(shè)計思路，有望促進(jìn)高效、穩(wěn)定的鈣鈦礦電池組件的發(fā)展。

相關(guān)成果以Surface Redox Engineering of Vacuum-Deposited NiOx for Top-Performance Perovskite Solar Cells and Modules為題于近日發(fā)表在《焦耳》（Joule）上。

原標(biāo)題：大連化物所制備出高性能大面積鈣鈦礦太陽能電池組件