钙钛矿太阳能电池以其制备简单, 成本低和效率高的优势在新型光伏技术领域迅速崛起. 钙钛矿太阳能电池按照器件结构可分为正式和反式两种结构, 相比于正式结构, 反式结构器件因制备工艺更加简单, 可低温成膜, 无明显回滞效应, 适合与传统太阳能电池(硅基电池, 铜铟镓硒等)结合制备叠层器件等优点, 受到学术界和产业界的关注. 但仍然存在开路电压与理论值差距较大, 光电转换效率仍然偏低等应用瓶颈.
在纳米研究国家重大科学研究计划的支持下, 北京大学朱瑞研究员, 龚旗煌院士与合作者展开研究, 针对反式结构钙钛矿太阳能电池在光电转换效率上存在的瓶颈, 提出了 '胍盐辅助二次生长' 方法, 开创性地实现了钙钛矿薄膜半导体特性的调控, 显著降低了器件中非辐射复合的能量损失, 在提升器件开路电压方面取得了突破, 首次在反式结构器件中获得了超过1.21V的高开路电压. 同时, 在不损失光电流和填充因子等性能参数的情况下, 显著提高了反式结构钙钛矿电池的光电转换效率, 实验室最高效率达到21.51%. 经中国计量科学研究院认证, 器件的光电转换效率高达20.90%, 是目前反式结构钙钛矿太阳能电池器件效率的最高记录.
该结果为提升反式钙钛矿太阳能电池器件效率, 推进该类新型光伏器件的应用化发展提供了新思路, 可进一步拓展到钙钛矿叠层太阳能电池以及钙钛矿发光器件中, 具有潜在的应用前景和商业价值. 相关成果6月29日在线发表在《科学》杂志上.